Metallic elements in plants: bioaccumulation, phytoremediation potential and physiological responses | Elementos metálicos em plantas: bioacumulação, potencial fitorremediador e respostas fisiológicas

Pollution caused by metallic elements in the environment is becoming increasingly problematic worldwide. In the current work, several aspects of the metallic elements in plants were investigated, including the accumulation in species affected by an environmental disaster involving the disruption of a mining tailing dam; the physiological responses and phytoremediation potential of the aquatic macrophyte water lettuce (Pistia stratiotes) subjected to excess iron (Fe) and manganese (Mn), and combinations of Fe, Mn, and arsenic (As); and, finally, the in vivo monitoring of As-induced responses in Arabidopsis thaliana plants. We found a concerning enrichment of metal accumulation, especially for Fe and Mn, in the plant species evaluated in affected areas by mining tailings. Considering the spreading potential of contamination in aquatic environments, water lettuce plants, which are often used in phytoremediation studies, were tested for removal of excess Fe and Mn, along with the association with As. The plants displayed a great accumulation of Fe, mainly trapped in roots, whereas Mn was hyperaccumulated in shoots and roots. Accumulation of Mn was observed especially in the apoplast, avoiding major impairments of physiological processes. In presence of As, the plants displayed root loss as an acclimation response, followed by re-emission of the organs. Nonetheless, the specimens were able to maintain a high accumulation of the pollutants, supplied isolated or in association, demonstrating phytoremediation potential in multi- contaminated environments. Furthermore, the in vivo measurements using genetically-encoded biosensors showed intriguing stability of Mg-ATP 2− levels upon short-term arsenate (AsV) exposure. We also observed that the depletion of the GSH pool is the most likely cause of glutathione redox potential (E GSH ) oxidation. The findings presented here emphasize the importance of continuing to monitor metal-contaminated areas, as well as exposing alternatives for phytoremediation of aquatic environments and providing new insights into plant metabolism in response to pollutants. Keywords: Aquatic plants – Pollution effect. Aquatic plants – Heavy metal effects. Pistia stratiotes. Heavy metals. Aquatic plants – Metabolism.

A poluição causada por elementos metálicos tem se tornado uma problemática crescente ao redor do mundo. No presente trabalho, vários aspectos de elementos metálicos em plantas foram investigados, incluindo a acumulação em espécies afetadas pelo desastre ambiental envolvendo o rompimento de uma barragem de rejeitos de mineração; as respostas fisiológicas e o potencial de fitorremediação de alface d’água (Pistia stratiotes) submetida ao excesso de ferro (Fe), manganês (Mn) e às combinações de Fe, Mn e arsênio (As); bem como, o monitoramento in vivo das respostas induzidas por As em Arabidopsis thaliana. Nós observamos um preocupante enriquecimento do acúmulo de metais, especialmente para Fe e Mn nas áreas afetadas pelos rejeitos de mineração. Considerando o potencial de avanço da contaminação em ambientes aquáticos, plantas de alface d’água, as quais geralmente são usadas em estudos para fitorremediação, foram testadas na remoção do excesso de Fe e Mn, bem como na associação com As. Observou-se um acúmulo de Fe surpreendente, principalmente aprisionado na raiz, enquanto o Mn foi acumulado em elevadas concentrações tanto na raiz quanto na parte aérea. O acúmulo de Mn foi observado especialmente no apoplasto, evitando potenciais danos aos processos fisiológicos. Na presença de As, as plantas apresentaram perda de raízes como uma resposta de aclimatação, seguida de re-emissão dos órgãos. Apesar disso, os espécimes foram capazes de manter elevada acumulação dos poluentes, fornecidos de maneira isolada ou associada, demonstrando potencial para fitorremediação em ambientes com múltiplos contaminantes. Além disso, as análises in vivo usando biossensores mostraram estabilidade intrigante dos níveis de Mg-ATP 2− após exposição de curto prazo a arsenato (AsV). Nós também observamos que a depleção do pool de GSH é a causa mais provável da oxidação do potencial redox da glutationa (E GSH ). Os resultados apresentados aqui enfatizam a importância de continuar monitorando áreas contaminadas por metais, além de expor alternativas para fitorremediação de ambientes aquáticos e fornecem novos percepções sobre o metabolismo das plantas em resposta aos poluentes. Palavras-chave: Plantas aquáticas – Efeito da poluição. Plantas aquáticas – Efeito dos metais pesados. Pistia stratiotes. Metais pesados. Plantas aquáticas – Metabolismo.

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