Zinc and cadmium induction of small heat-shock gene transcripts in maize seedlings [Zea mays L.]

English. The accumulation of 18 kDa small heat shock gene (sHSP18) mRNAs in the radicles and plumules of maize (Zea mays L.) seedlings under insult with certain heavy metal ions (Zn2+ and Cd2+) was investigated, to determine whether this accumulation was due merely to a generalized activation of stress responses or represented a specific physiological response. Using in situ hybridization, we demonstrate that intra-cellular localization of sHSP18 mRNAs in the radicle after metal insult is different from that seen under heat shock, appearing largely in the epidermal and cortical cell types most exposed to penetration by the metal ions. RNA-dot hybridization experiments confirmed elevated levels of sHSP18 mRNAs after insult with Zn2+ and Cd2+ and showed that the relative levels of transcripts from three 18 kDa small heat-shock protein genes are distinct from one another, an observation also seen in earlier studies of the developmentally-modulated expression of those same genes during microsporogenesis. Moreover, induction of sHSP18 mRNAs by the metal ion Cd2+ persists essentially unchanged for at least 17 h after removal of the metal from the external environment of the radicle. This is unlike the heat-shock response, which declines quickly in maize tissues after return to normal temperatures, and subsides after 8 hours even under continual heat treatment. These differences in the response of sHSP genes to Zn2+ and Cd2+ compared to those observed after delivery of a heat-shock suggest that metal ion sHSP gene induction is cell and gene specific

Italian. [E´ stato studiato l´accumulo di piccoli mRNA di 18 kDa del gene dello shock termico (sHSP18) nelle radichette e nelle piumette di mais (Zea mays L.) a seguito di insulto con certi ioni di metalli pesanti (Zn2+ e Cd2+), per determinare se questo accumulo era dovuto semplicemente a una attivazione generalizzata di risposte allo stress o rappresentasse una risposta fisiologica specifica. Utilizzando l´ibridazione in situ, dimostriamo che la localizzazione intra-cellulare degli mRNA di sHSP18 nella radichetta dopo il trattamento con il metallo è diversa da quella osservata nel caso di shock termico, dato che si manifesta ampiamente nei tipi di cellule della corteccia e dell´epidermide, che sono i più esposti alla penetrazione degli ioni metallici. Esperimenti di ibridazione RNA-dot hanno confermato livelli elevati di mRNA di sHSP18 dopo la stimolazione con Zn2+ e Cd2+ e hanno dimostrato che i livelli relativi di trascritti dei geni delle proteine da stress termico di 18 kDa sono distinti l´uno dall´altro, situazione osservata anche in studi precedenti dell´espressione modulata in termini di sviluppo negli stessi geni nel corso della microsporogenesi. Inoltre, l´induzione degli mRNA di sHSP18 da parte dello ione metallico Cd2+ persiste invariata per almeno 17 h dopo la rimozione del metallo dall´ambiente esterno alla radichetta. Questo è differente dalla risposta allo shock termico, che diminuisce rapidamente nei tessuti del mais dopo il ritorno a temperature normali, e decresce dopo 8 ore anche in presenza di trattamento termico continuo. Queste differenze nella risposta dei geni sHSP a Zn2+ e Cd2+, rispetto a quelle osservate dopo aver provocato uno shock termico, fanno ritenere che l´induzione dei geni sHSP da parte degli ioni metallici sia cellula e gene specifica.]