Perfluorobutanoic acid triggers metabolic and transcriptional reprogramming in wheat seedlings

化学 生物化学 生物 重编程 细胞生物学 基因
作者
Guotian Wang,Jing Sun,Lei Li,Jiuyi Li,Pengyang Li
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:927: 172343-172343 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.172343
摘要

The environmental risks of fluorinated alternatives are of great concern with the phasing out of perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonate. Here, multi-omics (i.e., metabolomics and transcriptomics) coupled with physiological and biochemical analyses were employed to investigate the stress responses of wheat seedings (Triticum aestivum L.) to perfluorobutanoic acid (PFBA), one of the short-chain per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) and PFOA alternatives, at environmentally relevant concentrations (0.1–100 ng/g). After 28 days of soil exposure, PFBA boosted the generation of OH and O2− in wheat seedlings, resulting in lipid peroxidation, protein perturbation and impaired photosynthesis. Non-enzymatic antioxidant defense systems (e.g., glutathione, phenolics, and vitamin C) and enzymatic antioxidant copper/zinc superoxide dismutase were strikingly activated (p < 0.05). PFBA-triggered oxidative stress induced metabolic and transcriptional reprogramming, including carbon and nitrogen metabolisms, lipid metabolisms, immune responses, signal transduction processes, and antioxidant defense-related pathways. Down-regulation of genes related to plant-pathogen interaction suggested suppression of the immune-response, offering a novel understanding on the production of reactive oxygen species in plants under the exposure to PFAS. The identified MAPK signaling pathway illuminated a novel signal transduction mechanism in plant cells in response to PFAS. These findings provide comprehensive understandings on the phytotoxicity of PFBA to wheat seedlings and new insights into the impacts of PFAS on plants.
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