葉の細胞の無機炭素増加に対する細胞質の短期応答

Short-Term Response of Cytosolic to Inorganic Carbon Increase in Leaf Cells.

• Lourdes Rubio
• Delia García-Pérez
• Julia M Davies
• José A Fernández

抄録

大気中のCO濃度は過去200年間で上昇しており、今後50年間は3ppm/年のペースで上昇し続けると予想されています。この増加は、海水のpH低下をもたらし、無機炭素の化学種分化を変化させ、溶存酸素量を増加させている。の直接取り込みの重要な副作用は、アニオンチャネルを介して流出し、おそらく細胞内のコンパートメント化に起因するメソフィル葉細胞の細胞質Cl（Clc）の減少である。アニオンチャネルは細胞内にも浸透しているので、高濃度のCOでさえも細胞質( )の減少を促進するのではないかという仮説を立てた。この作業では、我々は、葉の細胞内の両方の陰イオンの細胞質濃度の連続的なモニタリングのために使用されている - とCl選択的なマイクロ電極。明るい条件下では、メソフィル葉の細胞内濃度は5.7±0.2 mMであったが、暗所で30分後には7.2±0.6 mMまで上昇した。また、天然海水(NSW)を3mMのNaHCOで濃縮すると、1±0.04mMの減少と3.5±0.1mMの減少を示した。また、NSWを1000ppmのCOで飽和させた場合にも、 , の減少は見られたが、より低い値（0.4±0.07mM）であった。これらの結果は、NSW中の溶存無機炭素（またはCO）の上昇が、葉細胞の細胞質アニオン恒常性メカニズムに影響を及ぼすことを示している。また、細胞膜透過性炭酸脱水酵素阻害剤であるエトキシゾラミド（0.1mM）の存在下では、COによる細胞質の減少は0.1±0.08mMと非常に低く、細胞質漏出の原因となる無機炭素種であることが示唆された。3 mMのNSW中で葉片をインキュベートすると、短期的な外部純濃度の上昇が起こり、細胞質漏出と一致した。その結果、高無機炭素環境下で誘発される細胞質の減少は、他の水生植物においても、またおそらく他の水生植物においても、代謝Nのフラックスの減少とそれに伴うバイオマスNの枯渇の両方をもたらす可能性がある。

The concentration of CO in the atmosphere has increased over the past 200 years and is expected to continue rising in the next 50 years at a rate of 3 ppm·year. This increase has led to a decrease in seawater pH that has changed inorganic carbon chemical speciation, increasing the dissolved . is a marine angiosperm that uses as an inorganic carbon source for photosynthesis. An important side effect of the direct uptake of is the diminution of cytosolic Cl (Clc) in mesophyll leaf cells due to the efflux through anion channels and, probably, to intracellular compartmentalization. Since anion channels are also permeable to we hypothesize that high , or even CO, would also promote a decrease of cytosolic ( ). In this work we have used - and Cl-selective microelectrodes for the continuous monitoring of the cytosolic concentration of both anions in leaf cells. Under light conditions, mesophyll leaf cells showed a of 5.7 ± 0.2 mM, which rose up to 7.2 ± 0.6 mM after 30 min in the dark. The enrichment of natural seawater (NSW) with 3 mM NaHCO caused both a decrease of 1 ± 0.04 mM and a decrease of 3.5 ± 0.1 mM. The saturation of NSW with 1000 ppm CO also produced a diminution of the , but lower (0.4 ± 0.07 mM). These results indicate that the rise of dissolved inorganic carbon ( or CO) in NSW would have an effect on the cytosolic anion homeostasis mechanisms in leaf cells. In the presence of 0.1 mM ethoxyzolamide, the plasma membrane-permeable carbonic anhydrase inhibitor, the CO-induced cytosolic diminution was much lower (0.1 ± 0.08 mM), pointing to as the inorganic carbon species that causes the cytosolic leak. The incubation of leaf pieces in 3 mM -enriched NSW triggered a short-term external net concentration increase consistent with the leak. As a consequence, the cytosolic diminution induced in high inorganic carbon could result in both the decrease of metabolic N flux and the concomitant biomass N impoverishment in and, probably, in other aquatic plants.

Copyright © 2020 Rubio, García-Pérez, Davies and Fernández.