Copper toxicity and sulfur metabolism in Chinese cabbage

Promotie: dhr. M. Shahbaz, 12.45 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Copper toxicity and sulfur metabolism in Chinese cabbage

Promotor(s): prof.dr. J.T.M. Elzenga

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Rol zwavel bij giftigheid van koper in Chinese kool

Koper (Cu) is een essentiële voedingsstof voor planten, maar kan bij verhoogde concentraties in het wortelmilieu ook toxisch worden. Muhammad Shahbaz onderzocht in Chinese kool enerzijds de fysiologische basis van de toxiciteit van Cu en anderzijds het belang van het zwavelmetabolisme hierbij.

Landbouwgronden kunnen verontreinigd zijn met Cu en andere giftige metalen, als gevolg van intensieve landbouw, het gebruik van dierlijke meststoffen en van Cu-houdende fungiciden. Te hoge Cu-concentraties hebben niet alleen een negatieve invloed op de groei en fysiologie van planten, maar vormen ook een risico voor de voedselketen.

Uit het onderzoek van Shahbaz bleek dat verhoogde Cu²⁺-concentraties (> 2 μM) in het wortelmilieu toxisch zijn voor Chinese kool. De aanwezigheid van UV leidde tot een sterk verhoogde-Cu-toxiciteit in de plant. Verhoogde Cu²⁺-concentraties leidden tot een ophoping van sulfaat in de spruit en tot een verhoogde synthese van andere zwavelrijke verbindingen (vooral fytochelatinen en glutathion) in de wortel. Verhoogde Cu²⁺-concentraties verstoorden de regulatie van de opname en assimilatie van zwavel, maar er was geen directe relatie tussen de zwavelvoorziening van de plant en de Cu-toxiciteit. In het algemeen wordt aangenomen dat sulfaat zelf, of producten van de zwavelassimilatie, o.a. glutathion, fungeren als signaalverbindigen in de regulatie van de expressie en activiteit van de sulfaattransporters. Maar bij verhoogde Cu-concentraties bleek er geen enkel verband te bestaan tussen de gehaltes van deze verbindingen en expressie en activiteit van de sulfaattransporters. Mogelijk vervult H₂S als gas een signaalfunctie in de interactie tussen de sulfaatreductie in de chloroplast/plastide en de transcriptie van de sulfaattransporters in de celkern. Een Cu-geïnduceerde afname van de subcellulaire H₂S-concentratie, als gevolg van een directe reactie van Cu met H₂S, zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de waargenomen veranderingen in de expressie en activiteit van de sulfaattransporters in Chinese kool.

Muhammad Shahbaz (Pakistan, 1981) studeerde biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen en deed daar ook zijn promotieonderzoek, bij de afdeling Plantenfysiologie. Hij werd financieel ondersteund met een beurs van de Pakistaanse Higher Education Commission en door de Nuffic. Na zijn promotie keert hij terug naar Pakistan, waar hij universitair docent en onderzoeker wordt.