Unveiling the toxic effects, physiological responses and molecular mechanisms of tobacco (Nicotiana tabacum) in exposure to organic ultraviolet filters

光合作用 烟草 活性氧 光系统II 生物化学 化学 生物 植物 基因
作者
Dong Jiang,Guoqun Yang,Lijun Huang,Kebin Chen,Yangcan Tang,Xin Pi,Runke Yang,Peng Xia,Changzheng Cui,Ning Li
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:465: 133060-133060 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133060
摘要

Exposure to organic ultraviolet (UV) filters has raised concerns due to their potential adverse effects on environments. However, their toxic mechanisms on plants remain elusive. In this study, using integrative physiological and transcriptomic approaches we investigated the physiological and molecular responses to three representative UV filters, namely oxybenzone (OBZ), avobenzone (AVB), and octinoxate (OMC), in an agricultural model plant tobacco. The exposure to UV filters disrupts the functionality of photosystem reaction centers and the light-harvesting apparatus. Concurrently, UV filters exert a suppressive effect on the expression of genes encoding Rubisco and Calvin-Benson cycle enzymes, resulting in a decreased efficiency of the Calvin-Benson cycle and consequently hampering the process of photosynthesis. Exposure to UV filters leads to significant generation of reactive oxygen species within tobacco leaves and downregulation of oxidoreductase activities. Moreover, UV filters promote abscisic acid (ABA) accumulation by inducing the expression of ABA biosynthesis genes whereas repress indole-3-acetic acid (IAA) biosynthesis gene expression, which induce leaf yellowing and slow plant growth. In summary, the organic UV filters exert toxic effects on tobacco growth by inhibiting chlorophyll synthesis, photosynthesis, and the Calvin-Benson cycle, while generating excessive reactive oxygen species. This study sheds light on the toxic and tolerance mechanisms of UV filters in agricultural crops.
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