Influence of sulfate/selenate ratio on glucosinolate biosynthesis and selenium accumulation in biomass and in glucosinolate fractions of Tropaeolum majus L. and Arabis caucasica L. transformed roots

• Autorzy: Wielanek M. , Sklodowska M. , Krolicka A. , Bergier K. , Gajewska E.

Warianty tytułu

PL

Wpływ stosunku siarczanu/selenianu na biosyntezę glukozynolanów oraz akumulację selenu w biomasie i frakcjach glukozynolanowych korzeni transformowanych Tropaeolum majus L. i Arabis caucasica L.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We have studied the influence of 50 sulfate/selenate ratios in the range of 2; 1.5; 1; 0.5; 0 mM/0.125; 0.25; 0.375; 0.5; 0.75; 1; 1.5; 2; 2.5; 3 mM on biomass growth, glucosinolate biosynthesis and selenium accumulation in T. majus and A. caucasica transformed roots producing Phe-derived glucotropaeolin and Met-derived glucoiberverin, respectively. Gradual decrease in glucosinolate production, more significant in glucoiberverin, was correlated both with the decrease in sulfate and increase in selenate concentrations and with increasing Se accumulation in the biomass of the roots. Both T. majus and A. caucasica transformed roots accumulated high amounts of Se in biomass, up to 2177 ± 81.7 µg·g⁻¹ DM and 3110 ± 97.4 µg·g⁻¹ DM, respectively, in the media with sulfate 0.5; 0 mM/selenate 2.5 mM ratios. In transformed roots cultured at sulfate 1.5; 1; 0.5; 0 mM/selenate 0.75; 1; 1.5; 2; 2.5; 3 mM ratios accumulation of Se into glucosinolate fractions occurred, it reached the maxima at sulfate 0.5 mM/selenate 2.5 mM ratio. In T. majus roots Se accumulation in glucosinolate fraction was by about 50% lower than in A. caucasica ones. These results indicated that selenium enriched hairy roots of T. majus and A. caucasica could be fully controlled sources of both glucosinolates and selenium as supplements for cancer chemoprevention.

PL

Badano wpływ 50 kombinacji stosunku siarczanu/selenianu w zakresie 2; 1,5; 1; 0,5; 0 mM/0,125; 0,25; 0,375; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 mM na przyrost biomasty, produkcję glukozynolanów i akumulację selenu w korzeniach transformowanych T. majus i A. caucasica produkujących odpowiednio pochodzącą od Phe-glukotropeolinę i pochodzącą od Met-glukoiberwerynę. Stopniowy spadek produkcji glukozynolanów, wyższy dla glukoiberweryny, skorelowany był zarówno ze spadkiem stężenia siarczanu i wzrostem stężenia selenianu w podłożach, jak i z rosnącą akumulacją Se w biomasie korzeni. Korzenie transformowane, zarówno T. majus jak i A. caucasica, akumulowały duże ilości Se w biomasie, dochodzące do odpowiednio 2177 ± 81,7 µg·g⁻¹ SM i 3110 ± 97,4 µg·g⁻¹ SM na podłożach, w których stosunek siarczanu/selenianu wynosił 0,5; 0 mM/2,5 mM. W korzeniach transformowanych hodowanych na podłożach ze stosunkiem siarczan 1,5; 1; 0,5; 0 mM/selenian 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 mM następowała akumulacja Se we frakcjach glukozynolanowych, osiągająca maksimum przy stosunku siarczanu 0,5 mM : selenianu 2,5 mM. Akumulacja Se we frakcji glukozynolanowej korzeni T. majus była o około 50% niższa niż we frakcji glukozynolanowej korzeni A. caucasica. Uzyskane wyniki sugerują, że wzbogacone w selen korzenie transformowane T. majus i A. caucasica mogłyby być w pełni kontrolowanym źródłem równocześnie glukozynolanów i selenu jako suplementów dla chemoprewencji kancerogenezy.

Słowa kluczowe

EN

sulphate ratio; selenate ratio; glucosinolate biosynthesis; selenium accumulation; biomass; glucosinolate fraction; Tropaeolum majus; Arabis caucasica; transformed root; root; glucoiberverin; glucotropaeolin; metabolic sulphur; selenium interaction; selenium tolerance

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2008
• Tom: 524
• Opis fizyczny: p.257-271,fig.,ref.

Twórcy

autor

Wielanek M.

• Department of Plant Physiology and Biochemistry, University of Lodz, Banacha 12/16, 90-237 Lodz, Poland

autor

Sklodowska M.

autor

Krolicka A.

autor

Bergier K.

autor

Gajewska E.

Bibliografia

• Bańuelos G., Terry N., LeDuc D., Pilon-Smits E. A. H., MacKay B. 2005. Field trial of transgenic Indian mustard plants shows enhanced phytoremediation of selenium-contaminated sediment. Environm. Sci. Technol. 39: 1771 - 1777.
• Bapat V. A., Ganapathi T.R. 2005. Hairy roots - a novel source for plant products and improvement. Natl. Acad. Sci. Lett. 28: 61 - 69.
• Barak P., Goldman I. 1997. Antagonistic relationship between selenate and sulfate uptake in onion (Allium cepa): implications for the production of organosulfur and organoselenium compounds in plants. J. Agric. Food Chem. 45: 1290 - 1294.
• Dubuis P-H., Marazzi C., Stadler E., Mauch F. 2005. Sulphur deficiency causes a reduction in antimicrobial potential and leads to increased disease susceptibility of oilseed rape. J. Phytopathol. 153: 27 - 36.
• Dumont E., De Pauw L., Vanhaecke F., Cornelis R. 2006. Speciation of Se in Bertho- lletia excelsa (Brazil nut): A hard nut to crack? Food Chem. 95: 684 - 692.
• Eapen S., Suseelan K. N., Tivarekar S., Kotwal S. A., Mitra R. 2003. Potential for rhi- zofiltration of uranium using hairy root cultures of Brassica juncea and Chenopodium amaranticolor. Environ. Res. 91: 127 - 133.
• Gamborg O. L., Miller R. A., Ojima K. 1968. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res. 50: 151 - 158.
• Helboe P. 1980. Separation of glucosinolates by high-performance liquid chromatography. J. Chromatography 197: 199 - 205.
• Hopper J. L., Parker D. L. 1999. Plant availability of selenite and selenate as influenced by the competing ions phosphate and sulfate. Plant Soil 210: 199 - 207.
• Królicka A., Staniszewska I., Bielawski K., Maliński E., Szafranek J., Łojkowska E. 2001. Establishment of hairy root cultures of Ammi majus. Plant Sci. 160: 259 - 264.
• LeDuc D. L., AbdelSamie M., Móntes-Bayon M., Wu C. P., Reisinger S. J., Terry N. 2006. Overexpressing both ATP sulfurylase and selenocysteine methyltransferase enhances selenium phytoremediation traits in Indian mustard. Environm. Pollution 144: 70 - 76.
• Levesque M., Vandette E. D. 1971. Selenium determination in soil and plant materials. Can. J. Soil Sci. 51: 85 - 93.
• Lobinski R., Edmonds J. S., Suzuki K. T., Uden P. C. 2000. Species-selective determination of selenium compounds in biological materials. Pure Appl. Chem. 72: 447 - 461.
• Neuhierl B., Böck A. 1996. On the mechanism of selenium tolerance in selenium- accumulating plants. Eur. J. Biochem. 239: 235 - 238.
• Piątczak E., Królicka A, Wysokińska H. 2006. Genetic transformation of Centaurium erythraea Rafn by Agrobacterium rhizogenes and the production of secoiridoids. Plant Cell Rep. 25: 1308-1315.
• Pirtillä A. M., Hirsikorpi M., Kämäräinen T., Jaakola L., Hohtola A. 2001. DNA isolation methods for medicinal and aromatic plants. Plant Mol. Biol. Rep. 19: 273a-f.
• Rayman M.P. 2002. The argument for increasing selenium intake. Proc. Nutr. Soc. 61: 203-215.
• Robbins R.J., Keck A.S. Bańuelos G., Finley J.W. 2005. Cultivation conditions and selenium fertilization alter the phenolic profile, glucosinolate, and sulforaphane content in broccoli. J. Med. Food 8: 204-214.
• Toler H.D., Charron C.S., Sams C.E. 2007. Selenium increases sulfur uptake and re­gulates glucosinolate metabolism in rapid-cycling Brassica oleracea. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 132: 14-19.
• Wąsowicz W., Gromadzińska J., Rydzyński K., Tomczak J. 2003. Selenium status of low-selenium area residents: Polish experience. Toxicol. Lett. 137: 95-101.
• Wielanek M., Urbanek H. 1999. Glucotropaeolin and myrosinase production in hairy root cultures of Tropaeolum majus. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 57: 39-45.
• Wielanek M., Urbanek H. 2006. Enhanced glucotropaeolin production in hairy root cultures of Tropaeolum majus L. by combining elicitation and precursor feeding. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 86: 177-186.
• Yan X., Chen S. 2007. Regulation of plant glucosinolate metabolism. Planta 226: 1343-1352.
• Zachara B.A., Pilecki A. 2000. Selenium concentration in the milk of breast-feeding mothers and its geographic distribution. Environm. Health Perspec. 108: 1043-1046.
• Zhang Y. 2004. Cancer-preventive isothiocyanates: measurement of human exposure and mechanism of action. Mut. Res. 555: 173-190.