[논문 리뷰] Efficacy of Put and Spd sprayed on leaves from Brassica juncea plants against Cd2+-induced oxidative stress

Michel Aoun, Annick Hourmant외 1명|ArXiv.org|2008. 12. 12.

Polyamine Metabolism and Applications참고 문헌 26인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 카드뮴(Cd²⁺)에 의한 산화적 스트레스 상태에서 외재적으로 처리된 푸터신(Put)과 스피어지딘(Spd)의 보호 효과를 *Brassica juncea* 식물에서 조사한다. Put과 Spd를 잎에 뿌리는 것은 산화적 손상 지표(과산화지질산(MDA)과 과산화질산화효소(GPOX) 활성도)를 유의하게 감소시키고, 엽록소 농도를 유지하며, 생장 저해를 완화시켰으며, Spd는 Put보다 더 효과적으로 잎 내 카드뮴 축적을 감소시키고 색소 수준을 향상시켰다.

ABSTRACT

The protective effect exerted by polyamines (Put and Spd) against cadmium (Cd) stress was investigated in Brassica juncea plants. Treatment with CdCl2 (75 micro-Mole) resulted in a rise of Cd accumulation, a decrease of fresh and dry weights in every plant organ, an increase of free polyamine content at limb and stem levels as well as a decrease at root level. On the other hand, the total conjugated polyamine levels in the stem tissues were unaffected by Cd. In the leaf tissues, this metal caused a reduction of chlorophyll a content, a rise of guaiacol peroxidase (GPOX) activity and an increase of malondialdehyde (MDA), soluble glucide, proline and amino acid contents. Exogenous application, by spraying, of putrescine (Put) and spermidine (Spd) to leaf tissues reduced CdCl2-induced stress. These polyamines proved to exert a partial, though significant, protection of the foliar fresh weight and to alleviate the oxidative stress generated by Cd through reductions of MDA amounts and GPOX (E.C.1.11.1.7) activity. The enhancement of chlorophyll a content in plants by Put and those of Chl a and Chl b by Spd both constitute evidences of their efficacy against the Cd2+-induced loss of pigments. Conversely to Put, Spd caused a decrease of Cd content in leave tissues and a rise in the stems and roots; these findings are in favour of a stimulation of Cd uptake by Spd. The proline stimulation observed with Cd was reduced further to the spraying of Put onto tissues, but the decrease induced by Spd was more limited. In the plants treated with Cd, the amino acid contents in the leaves were unaffected by Put and Spd spraying; on the other hand, Cd2+ disturbed polyamine levels (free and acido-soluble conjugated-forms); we notice the rise of total free PAs and the decrease of their conjugated-ones.

연구 동기 및 목표

• 외재적 다핵산(Put 및 Spd)이 *Brassica juncea*에서 Cd²⁺에 의한 산화적 스트레스에 미치는 보호 역할을 평가하기 위해.
• Put과 Spd가 식물 조직 내 카드뮴 축적 및 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 다핵산 처리가 과산화지질산(MDA) 및 GPOX 활성도와 같은 산화적 스트레스 지표에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• Put과 Spd가 엽록소 농도 및 생장 매개변수(수분 및 건량 중량)에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• Cd 스트레스 하에서 자유형 및 유합형 다핵산 농도 변화를 분석하기 위해.

제안 방법

• 산화적 스트레스를 유도하기 위해 *Brassica juncea* 식물에 75 µM의 CdCl₂를 처리하였다.
• 외재적 처리 효과를 평가하기 위해 Put과 Spd를 직접 잎 조직에 뿌렸다.
• 표준 분석 기법을 사용하여 뿌리, 줄기 및 잎에서의 카드뮴 축적을 측정하였다.
• 산화적 스트레스 지표인 과산화지질산(MDA), 가이아코올 페록시다제(GPOX) 활성도 및 프로린 수준을 정량화하였다.
• 스펙트로포호메트릭 분석을 통해 엽록소 a 및 b 농도를 측정하였다.
• HPLC 또는 유사 방법을 사용하여 잎, 줄기 및 뿌리 조직 내 자유형 및 유합형 다핵산 농도를 측정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외재적 Put과 Spd가 *Brassica juncea*의 다양한 기관에서 카드뮴 축적에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 Put과 Spd가 Cd 스트레스를 받는 식물에서 산화적 스트레스 지표(MDA 및 GPOX)를 어느 정도 감소시키는가?
• RQ3 Put과 Spd는 *Brassica juncea* 잎에서 Cd에 의한 엽록소 분해를 완화시키는가?
• RQ4 다핵산 처리가 Cd 스트레스 하에서 내재된 자유형 및 유합형 다핵산 풀에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 Put과 Spd가 생장 매개변수(수분 및 건량 중량) 및 프로린 농도에 미치는 차별적 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 외재적 Put과 Spd 처리로 인해 과산화지질산(MDA) 농도가 유의하게 감소하여 지질 과산화화가 줄어들고 산화적 스트레스가 감소함을 나타내었다.
• 산화적 스트레스 지표인 GPOX 활성도는 Cd 스트레스를 받는 식물에서 Put과 Spd 처리 모두에서 유의하게 감소하였다.
• Put과 Spd는 모두 Cd에 의한 엽록소 a 분해를 완화시켰으며, Spd가 엽록소 a와 b 양쪽 모두에서 더 두드러진 보호 효과를 보였다.
• Put과 Spd를 뿌린 처리로 인해 잎의 수분 중량이 유지되어 Cd에 의한 생장 억제가 부분적으로나마 완화됨을 나타내었다.
• Spd 처리로 인해 잎 조직 내 카드뮴 농도는 감소했지만, 줄기 및 뿌리에서는 증가하여 전이 또는 흡수 증가를 시사하였다.
• Cd에 의한 프로린 증가가 Put 처리에서는 더욱 강화되었고, Spd 처리에서는 덜 강화되어 산화적 스트레스 완화에 기여하는 산물의 합성 조절 방식이 다름을 나타내었다.