Σε χαμηλές δόσεις, υποτιθέμενα μη φυτοτοξικά, τα ξενοβιοτικά τριαζίνης διαταράσσουν τους ορμονικούς κανονισμούς με τρόπο που εξαρτάται από το άγχος και τη χαμηλή ενέργεια
Οι συμβατικές γεωργικές πρακτικές οδήγησαν στην ευρεία εφαρμογή ξενοβιοτικών φυτοφαρμάκων και στην παγκόσμια διάχυση τους στο έδαφος και στα υδάτινα διαμερίσματα. Μεταξύ των επίμονων φυτοφαρμάκων, τα ζιζανιοκτόνα αποτελούν πιθανή απειλή για τις φυτικές κοινότητες και τις φυτικές κοινότητες που δεν αποτελούν στόχο, με αποτέλεσμα οικολογικές και γεωργικές επιπτώσεις.
Τα ζιζανιοκτόνα μεταβολίζονται εν μέρει σε προϊόντα αποικοδόμησης με αβιοτικές χημικές αντιδράσεις, διεργασίες που προκαλούνται από μικροοργανισμούς ή αντιδράσεις του μεταβολισμού των φυτών. Έτσι, η διάχυτη γεωργική ρύπανση συνήθως περιλαμβάνει πολύπλοκα μείγματα, συμπεριλαμβανομένων χαμηλών δόσεων ενεργών μορίων και προϊόντων αποδόμησης, των οποίων οι επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και στην ισορροπία του οικοσυστήματος είναι ακόμη ελάχιστα κατανοητές. Η μελέτη των αντιδράσεων των φυτών στα ζιζανιοκτόνα και τα προϊόντα αποδόμησής τους, σε μια κατάσταση υπολειμματικής και παροδικής ρύπανσης, είναι σημαντική για την αξιολόγηση των επιπτώσεων των μολύνσεων χαμηλής δόσης στο πλαίσιο της εκτίμησης περιβαλλοντικών κινδύνων.
Έχουμε ήδη δείξει στο Arabidopsis thaliana ότι, υπό συνθήκες χαμηλών δόσεων, οι τριαζίνες, ως ατραζίνη (ATZ), ένα ζιζανιοκτόνο που εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως παγκοσμίως, και τα προϊόντα αποικοδόμησής του, η δεσεθυλατραζίνη (DEA) και η υδροξυατραζίνη (HA), δεν έχουν καμία επίδραση στη φωτοσύνθεση, τον κανονικό στόχο της ATZ (Alberto et al., 2017). Ωστόσο, ακόμη και απουσία γρήγορων φυτοτοξικών επιδράσεων, αυτές οι χαμηλής δόσης τριαζίνες έχουν άλυτες επιπτώσεις σε άλλες κυτταρικές διεργασίες. Οι κρυπτικές ανασταλτικές επιδράσεις στη μιτοχονδριακή αναπνοή και οι ενισχυτικές επιδράσεις στην ανάπτυξη της ρίζας εντοπίστηκαν και οι δύο υπό σκοτεινές συνθήκες. Αυτές οι διαφορικές επιδράσεις έδειξαν την πολλαπλή συμμετοχή μη κανονικών τρόπων δράσης, που επηρεάζουν άμεσα την αναπνοή και την ανάπτυξη της ρίζας. Στη συνέχεια υποθέσαμε ότι, σε χαμηλή δόση, το ATZ και τα προϊόντα αποδόμησής του δρούσαν σε άγνωστους στόχους ανεξάρτητους από φωτοσυνθετικές διεργασίες (δηλαδή μη κανονικούς στόχους), που πιθανώς συνεπάγονταν σηματοδότηση και ρυθμιστικές διαδικασίες.
Στην πρόσφατη μελέτη μας με τίτλο Χαμηλές δόσεις ξενοβιοτικών τριαζίνης κινητοποιούν τους κανονισμούς ABA και κυτοκινίνης με τρόπο που εξαρτάται από το στρες και τη χαμηλή ενέργεια που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Plant Science , σύντομα εκθέσαμε τη ρίζα Arabidopsis σε 1 μΜ ATZ, DEA ή HA και αναλάβαμε μια μεταγραφική προσέγγιση ολόκληρου του γονιδιώματος για να εξερευνήσουμε αυτές τις πρώιμες ρυθμιστικές διαδικασίες και μονοπάτια σηματοδότησης. Αυτές οι συνθήκες θεραπείας με ξενοβιοτικά αντανακλούσαν ρεαλιστικά επίπεδα μόλυνσης από τριαζίνη στα όρια του αγρού.
Τα πειράματά μας με μικροσυστοιχίες έδειξαν απροσδόκητα ότι οι χαμηλές δόσεις τριαζινών, απουσία σημαντικής παρεμβολής με το PSII, προκάλεσαν σημαντικές, συντονισμένες και συγκεκριμένες αλλαγές της γονιδιακής έκφρασης στα φυτά Arabidopsis. Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι μοριακές αποκρίσεις στο ATZ και το DEA σχετίζονταν με μεταβολικές διεργασίες και στρες, πιθανώς σε σχέση με τη διατήρηση της ομοιόστασης των κυττάρων, ενώ οι μοριακές αποκρίσεις στο HA συνδέονταν με την ανάπτυξη και την ανάπτυξη.
Συνολικά, η λειτουργική ταξινόμηση των ευαίσθητων στην τριαζίνη γονιδίων τόνισε σημαντικές κοινές αποκρίσεις σε όλες τις τριαζίνες που συνδέονταν με ορμονικές, μεταβολικές και σχετιζόμενες με το στρες μονοπάτια. Η λεπτομερής ανάλυση αυτών των προτύπων υπογράμμισε την πιθανή διαταραχή της ομοιόστασης ενέργειας, άνθρακα και αζώτου και πιθανή ενεργοποίηση του κυτταρικού τοιχώματος και των αμυντικών διεργασιών παρά το χαμηλό επίπεδο φυσιολογικής επίδρασης και την ξενοβιοτική φύση της έκθεσης. Στη συνέχεια, η ανάλυση δικτύων κοινής λειτουργίας γονιδίων που ανταποκρίνονται στην τριαζίνη που εμπλέκονται στη σηματοδότηση και τη μεταγραφή τόνισε τη συμμετοχή αβιοτικών και βιοτικών διαδικασιών που ρυθμίζονται από το στρες, πιο συγκεκριμένα των διαδικασιών που ρυθμίζονται από το στρες της θερμοκρασίας και της ξηρασίας.
Η σημαντική υπερεκπροσώπηση αυτών των διεργασιών σε δίκτυα ευαίσθητα στην τριαζίνη τονίζει τη σημασία της σηματοδότησης που σχετίζεται με το κρύο, τη ζέστη και την ξηρασία στην αντίληψη των μη τοξικών ή υποτοξικών τριαζινών. Τα υπολειμματικά επίπεδα ζιζανιοκτόνων και των προϊόντων αποδόμησής τους θα μπορούσαν επομένως να διαδραματίσουν ρόλο στη ρύθμιση της ικανότητας των φυτών να ανταποκρίνονται σε προκλήσεις αβιοτικής ή βιοτικής καταπόνησης, είτε μέσω υπερευαισθητοποίησης είτε μέσω εγκλιματισμού και σκλήρυνσης. Αυτές οι επιδράσεις στις αποκρίσεις των φυτών μπορεί να έχουν σημαντικές συνέπειες για τη χρήση φυτοφαρμάκων και για τις αντιδράσεις της παγκόσμιας αλλαγής.
Επιπλέον, η λειτουργική ανάλυση των διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων και των προαγωγέων τους έδειξε την έντονη εμπλοκή των διεργασιών που ρυθμίζονται από το abscisic acid και την cytokinin και οδήγησε στην υπόθεση της παρεμβολής χαμηλών δόσεων τριαζινών με ορμονικές οδούς. Το γεγονός ότι οι τριαζίνες επηρέασαν ιδιαίτερα την έκφραση πολλών γονιδίων που ρυθμίζονται από κυτοκινίνη είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον, πράγματι αυτή η οικογένεια φυτικών ορμονών μοιράζεται παρόμοια χημική δομή με τις ενώσεις τριαζίνης. Αυτοί οι δεσμοί μεταξύ των επιπτώσεων ξενοβιοτικών χαμηλών δόσεων και των μονοπατιών αλληλεπίδρασης ορμονών του στρες δίνουν νέες γνώσεις για τις αλληλεπιδράσεις φυτών-φυτοφαρμάκων και τις αλληλεπιδράσεις φυτικής ρύπανσης που είναι απαραίτητες για την αξιολόγηση της τοξικότητας στο πλαίσιο της εκτίμησης περιβαλλοντικού κινδύνου.
Η μελέτη των υποτιθέμενων αλληλεπιδράσεων μεταξύ ρυθμιζόμενων από τριαζίνη πρωτεϊνών σηματοδότησης μας επέτρεψε να επιβεβαιώσουμε την επίπτωση των καταρρακτών σηματοδότησης σε αποκρίσεις τριαζίνης χαμηλής δόσης, δημιουργώντας έτσι ένα δίκτυο ρύθμισης αισθητήρα-ρυθμιστή-ενεργοποιητή. Η αναγνώριση αυτών των κανονικών-στόχων μηχανισμών και των υποκείμενων οδών σηματοδότησης είναι ένα βασικό βήμα στον χαρακτηρισμό των μονοπατιών ανίχνευσης και σηματοδότησης ζιζανιοκτόνων που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση μηχανισμών ανοχής και/ή αντίστασης. Αυτοί οι κανονισμοί θα πρέπει να συμβάλλουν στο να εξηγηθεί πώς τα ξενοβιοτικά με διάφορες δομές και τρόπους δράσης συγκλίνουν σε κοινές διαταραχές του μεταβολισμού της ενέργειας, του άνθρακα και του αζώτου. Οι υποκείμενοι μηχανισμοί και οι πρωταρχικοί στόχοι τέτοιων μη κανονικών διασταυρούμενων ξενοβιοτικών κανονισμών παραμένουν προς αποκάλυψη. Αυτοί οι πρωταρχικοί στόχοι ξενοβιοτικών πρέπει να σχετίζονται με ένα πλέγμα ενέργειας, θερμοκρασίας, ξηρασίας, σηματοδότησης ABA και CK. Αυτοί οι στόχοι θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως αναπόσπαστο μέρος των μηχανισμών αίσθησης που επιτρέπουν την αντίληψη κοινών χημικών δομών, όπως οι Ν-ετερόκυκλοι που υπάρχουν σε κυτοκινίνες, τριαζίνες και διάφορα ζιζανιοκτόνα σουλφονυλουρίας.
Ως εκ τούτου, δείξαμε ότι φαινομενικά μη φυτοτοξικές δόσεις ζιζανιοκτόνων ή προϊόντων αποδόμησης επηρεάζουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών μέσω μηχανισμών που δεν περιλαμβάνουν τον κανονικό στόχο της ATZ. Αυτές οι επιπτώσεις μπορούν να επηρεάσουν τη ρύθμιση των μονοπατιών σηματοδότησης σε διαφορετικά επίπεδα, συμπεριλαμβανομένης της πλαστικότητας της ανάπτυξης των φυτών και των αντιδράσεων στο στρες. Ο χαρακτηρισμός των τροποποιήσεων και των διαταραχών μετάδοσης σήματος θα είναι χρήσιμος για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των ζιζανιοκτόνων σε συστήματα καλλιεργειών και για την προστασία των φυσικών φυτικών κοινοτήτων και της λειτουργίας των οικοσυστημάτων. Τέλος, ο προσδιορισμός των διαδικασιών αλληλεπίδρασης μεταξύ ξενοβιοτικής, αβιοτικής και βιοτικής σηματοδότησης στρες θα δώσει νέες ιδέες για την αλληλεπίδραση μεταξύ της χημικής ρύπανσης και των στρεσογόνων παραγόντων της κλιματικής αλλαγής.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Χαμηλές δόσεις ξενοβιοτικών τριαζίνης κινητοποιούν τους κανονισμούς ΑΒΑ και κυτοκινίνης με τρόπο που εξαρτάται από το στρες και τη χαμηλή ενέργεια που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Plant Science . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Diana Alberto, Ivan Couée, Cécile Sulmon και Gwenola Gouesbet από το University of Rennes 1 και Stéphanie Pateyron από το Institute of Plant Sciences Paris Saclay IPS2.
