Physiological response of Lunularia cruciata (phylum Marchantiophyta) to the presence of anthracene polycyclic aromatic hydrocarbon

Este trabajo fue posible gracias al financiamiento de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (PICT 2019-00073) y de la Universidad Nacional del Comahue (PIN I-04 / B216), los cuales fueron obtenidos por SJM. La colaboración de la Dra. Aranda para la obtención de datos a través del contrato Ramón y Cajal (RYC-2013-12481) del Ministerio de Economía y Competitividad y fondos FEDERIntroducción y objetivos: Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) son contaminantes ubicuos, persistentes, tóxicos y bioacumulables, generados de la combustión incompleta de la materia orgánica. En plantas vasculares los HAPs causan disminución de la biomasa, alteran el fenotipo e inhiben la fotosíntesis. Actualmente hay poca información acerca de su efecto en las briofitas (sensu lato). Dentro de este grupo, la especie Lunularia cruciata (phylum Marchantiophyta) puede colonizar ambientes con impacto antrópico y es utilizada como bioindicadora de metales pesados. El objetivo de este trabajo fue estudiar los cambios morfológicos y fisiológicos de L. cruciata expuesta al antraceno, para determinar su posible rol como organismo indicador del contaminante. M&M: Se expuso a esta especie a diferentes concentraciones de antraceno y se evaluó el porcentaje de germinación de las gemas. Además, se determinó en el talo la morfología, crecimiento, bioacumulación y contenido de clorofila. Resultados & Conclusiones: Se encontró que el antraceno no afectó la germinación de gemas, sin embargo, provocó una morfología “arrosetada” y una disminución del crecimiento en el talo. Por otra parte, se observó que esta especie es capaz de acumular antraceno en la pared celular. El contaminante no afectó el contenido total de clorofila, aunque la relación de clorofilas a y b varió, con una disminución de la clorofila a y un aumento de la clorofila b. Esto podría causar una disminución del rendimiento fotosintético, provocando la reducción del crecimiento de las plantas. Los resultados demuestran que esta especie es tolerante al antraceno y podría ser bioindicadora de HAPs.Background and aims: Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous, persistent, toxic and bioaccumulative pollutants, generated from the incomplete combustion of organic matter. In vascular plants, PAHs cause a decrease in biomass, alter the phenotype and inhibit photosynthesis. There is currently little information about their effect on bryophytes (sensu lato). Within this group, Lunularia cruciata (phylum Marchantiophyta) can colonize environments with anthropic impact and could be used as a bioindicator for potentially toxic constituents. The objective of this work was to study the morphological and physiological changes of L. cruciata exposed to anthracene, to determine its possible role as an indicator organism. M&M: The plant was exposed to different concentrations of anthracene and germination percentage of gemma was evaluated, along with growth, bioaccumulation and chlorophyll content determined in thallus. Results & Conclusions: Anthracene did not affect gemma germination, although it caused a “rosette” morphology and decreased thallus growth. On the other hand, it was observed that L. cruciata accumulated anthracene in cell walls. Anthracene did not affect the total chlorophyll content, although the ratio of chlorophylls a and b varied, with chlorophyll a decreasing and chlorophyll b increasing. This could cause a decrease in photosynthetic yield, leading to reduced plant growth. The results demonstrated that this species is tolerant to anthracene and could be used as bioindicator of PAHsAgencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (PICT 2019-00073)Universidad Nacional del Comahue (PIN I-04 / B216)Ramón y Cajal (RYC-2013-12481)Ministerio de Economía y CompetitividadFEDE

Exploring the response of Marchantia polymorpha: Growth, morphology and chlorophyll content in the presence of anthracene

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were identified as hazardous contaminants that are ubiquitous and persistent in aquatic environments, where bryophytes sensu lato (mosses, liverworts and hornworts) are frequently present. Marchantia polymorpha (Class Hepaticae; thalloid liverwort) is known to respond fast to changes in the environment; it accumulates toxic substances in its tissues due to the lack of vascular and radicular systems and a reduced or absent cuticle. The objective of the present study was to quantify the effects of increasing concentrations of anthracene (0, 50 100, 280 μM) on the germination of propagules, plant morphology and chlorophyll content index (CCI) in M. polymorpha under in vitro cultures. The results show that anthracene had no statistical effect on germination or propagula formation. However, plants exposed to anthracene for 30 days showed significantly lowered the content of chlorophyll (measured as CCI), irregular growth patterns and the induction of thalli asexual reproduction as evidenced by the production of multicellular viable propagules in gemmae cups. Results of epifluorescence microscopy also showed concomitant accumulation of anthracene in the cell walls. All of these distinctive morphological and physiological adaptive responses indicators, clearly suggest that M. polymorpha are capable of resisting high (coal tar) anthracene concentrations.Fil: Spinedi, Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Rojas, Nadia Gimena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Storb Guzman, Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Cabrera, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Aranda, Elisabet. Universidad de Granada; EspañaFil: Salierno, Marcelo Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Svriz, Maya. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Universidad Nacional de Río Negro; ArgentinaFil: Scervino, Jose Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin

ROS-Scavenging Enzymes as an Antioxidant Response to High Concentration of Anthracene in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> L.

Marchantia polymorpha L. responds to environmental changes using a myriad set of physiological responses, some unique to the lineage related to the lack of a vascular- and root-system. This study investigates the physiological response of M. polymorpha to high doses of anthracene analysing the antioxidant enzymes and their relationship with the photosynthetic processes, as well as their transcriptomic response. We found an anthracene dose-dependent response reducing plant biomass and associated to an alteration of the ultrastructure of a 23.6% of chloroplasts. Despite a reduction in total thallus-chlorophyll of 31.6% of Chl a and 38.4% of Chl b, this was not accompanied by a significant change in the net photosynthesis rate and maximum quantum efficiency (Fv/Fm). However, we found an increase in the activity of main ROS-detoxifying enzymes of 34.09% of peroxidase and 692% of ascorbate peroxidase, supported at transcriptional level with the upregulation of ROS-related detoxifying responses. Finally, we found that M. polymorpha tolerated anthracene-stress under the lowest concentration used and can suffer physiological alterations under higher concentrations tested related to the accumulation of anthracene within plant tissues. Our results show that M. polymorpha under PAH stress condition activated two complementary physiological responses including the activation of antioxidant mechanisms and the accumulation of the pollutant within plant tissues to mitigate the damage to the photosynthetic apparatus

Oxidative effects on Ri T-DNA-transformed root of Daucus carota exposed to anthracene

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are pollutants widely distributed in the environment, being the focus of interest due to their toxicity, mutagenicity, and carcinogenicity. Considering that PAHs are accumulated in soil sediments, plant roots are exposed to their toxicity. We evaluated the physiological effects of anthracene on Ri T-DNA-transformed carrot (Daucus carota) roots, mainly related to oxidative stress. In vitro conditions were used, so that external factors covering intrinsic root responses were eliminated. The roots absorbed anthracene from the culture medium and its bioaccumulation induced high H2O2 concentration. Consequently, roots exposed to anthracene showed high antioxidant enzyme activities, indicating oxidative stress. Programmed cell death was observed by chromatin condensation in root tips exposed to anthracene, which could explain growth decrease and development pattern alterations in roots. Here we provide comprehensive information on the responses related to oxidative stress in Ri T-DNA-transformed roots exposed to anthracene.Fil: Storb Guzman, Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Aranda, Elisabet. Universidad de Granada. Instituto del Agua.; EspañaFil: Fracchia, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Regional de Investigaciones Científicas y Transferencia Tecnológica de La Rioja. - Universidad Nacional de La Rioja. Centro Regional de Investigaciones Científicas y Transferencia Tecnológica de La Rioja. - Universidad Nacional de Catamarca. Centro Regional de Investigaciones Científicas y Transferencia Tecnológica de La Rioja. - Secretaría de Industria y Minería. Servicio Geológico Minero Argentino. Centro Regional de Investigaciones Científicas y Transferencia Tecnológica de La Rioja. - Provincia de La Rioja. Centro Regional de Investigaciones Científicas y Transferencia Tecnológica de La Rioja; ArgentinaFil: Spinedi, Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Scervino, Jose Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente. Universidad Nacional del Comahue. Centro Regional Universidad Bariloche. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; Argentin