Open Access
Quinate-enhanced glyphosate toxicity is related to the accumulation of quinate derivatives
(Elsevier, 2024) Zulet González, Ainhoa; Gil Monreal, Miriam; Gorzolka, Karin; Royuela Hernando, Mercedes; Zabalza Aznárez, Ana; Institute for Multidisciplinary Research in Applied Biology - IMAB
Glyphosate is the most widely used herbicide and works by inhibiting the enzyme 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase (EPSPS) of the shikimate pathway, preventing the aromatic amino acid biosynthesis. When applied to plants, it provokes the accumulation of quinate, a metabolite synthesized through a side branch of the shikimate pathway. The joint application of glyphosate and quinate enhanced glyphosate efficacy on Amaranthus palmeri, requiring one-quarter of the recommended dose of glyphosate for complete control. Expression of the genes of the shikimate pathway and non-targeted GC-MS metabolic profiling were conducted to compare the physiological response after glyphosate, quinate or the combination of both. A perturbed gene expression of the shikimate pathway was detected after quinate applied alone, while no relevant changes in the metabolome were detected. The sub-lethal glyphosate treatment induced gene expression in the shikimate pathway, accumulation of the metabolites located upstream EPSPS and disturbances in the amino acid content. The exacerbation of the phytotoxicity in the lethal combined treatment was not related to any specific change in the expression level of the shikimate pathway. Metabolic profiling indicated that the accumulation of quinate and quinate derivatives detected after quinate applied alone was severely enhanced after the combined treatment of quinate and glyphosate.
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Physiological approach to the use of the natural compound quinate in the control of sensitive and resistant Papaver rhoeas
(MDPI, 2020) Zabalza Aznárez, Ana; Zulet González, Ainhoa; Barco Antoñanzas, María; Eceiza, Mikel Vicente; Gil Monreal, Miriam; Royuela Hernando, Mercedes; Institute for Multidisciplinary Research in Applied Biology - IMAB; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Quinate (1,3,4,5-tetrahydroxycyclohexanecarboxylate) is a compound synthesized in plants through a side-branch of the shikimate biosynthesis pathway, which is accumulated after glyphosate and acetolactate synthase inhibiting herbicides (ALS-inhibitors) and has phytotoxic potential. The objective of this study was to evaluate the phytotoxicity of quinate on several weed species. Among the species evaluated, Cynodon dactylon, Bromus diandrus, Lolium rigidum, Sinapis alba, and Papaver rhoeas, P. rhoeas was the most sensitive, and its growth was controlled with quinate concentrations above 100 mM at the phenological stage of 6–8 true leaves. A physiological study, including the shikimate pathway and the physiological markers of ALS-inhibitors (carbohydrates and amino acids), was performed in the sensitive and resistant plants treated with sulfonylureas or quinate. The typical physiological effects of ALS-inhibitors were detected in the sensitive population (free amino acid and carbohydrate accumulation) and not detected in the resistant population. The mode of action of quinate appeared to be related to general perturbations in their carbon/nitrogen metabolism rather than to specific changes in the shikimate pathway. These results suggest the possibility of using quinate in the weed control management of P. rhoeas.
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Efecto del glifosato en la expresión génica de la ruta del siquimato en Amaranthus palmeri
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 2017) Fernández Escalada, Manuel; Zulet González, Ainhoa; Gil Monreal, Miriam; Zabalza Aznárez, Ana; Royuela Hernando, Mercedes; Ciencias del Medio Natural; Natura Ingurunearen Zientziak; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Este estudio ha abordado el efecto del herbicida glifosato en la regulación de la ruta del siquimato en la especie Amaranthus palmeri, comparando una población sensible a glifosato con una población resistente. Se han determinado, mediante PCR cuantitativa (qPCR), el efecto de dos dosis de glifosato sobre la expresión génica de los enzimas de la ruta del siquimato. También se ha determinado la actividad enzimática de los enzimas post-corismato antranilato sintasa (AS) y corismato mutasa (CM). Se ha podido observar que el gran aumento en el número de copias génicas del enzima EPSPS en la población resistente no tiene un efecto pleiotrópico basal en la expresión de los demás genes de esta ruta de síntesis de los aminoácidos aromáticos. Tras el tratamiento con glifosato, se observó, en ambas poblaciones, una inducción general de la expresión de los genes de la ruta del siquimato, dependiente de la dosis de glifosato. Es destacable que la aplicación del glifosato provoca el aumento de la expresión y actividad AS, y la tendencia opuesta en expresión CM, lo que conlleva un flujo preferente hacia la formación de triptófano en lugar de tirosina y fenilalanina.
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Efecto del glifosato y de diferentes intermediarios metabólicos en la regulación de la ruta del siquimato
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 2017) Zulet González, Ainhoa; Fernández Escalada, Manuel; Gil Monreal, Miriam; Zabalza Aznárez, Ana; Royuela Hernando, Mercedes; Ciencias del Medio Natural; Natura Ingurunearen Zientziak; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En este estudio se han abordado los mecanismos de regulación de la ruta del siquimato en la biosíntesis de los aminoácidos aromáticos. Para ello se han comparado el contenido de siquimato y de los enzimas EPSPS (5-enolpiruvilsiquimato- 3-fosfato sintasa) y DAHPS (3-Deoxi-D-arabino-heptulosonato-7-fosfato sintasa, enzima de entrada a la ruta) en hojas de dos poblaciones de Amaranthus palmeri (una sensible y otra resistente al glifosato) incubadas con glifosato y/o con diferentes intermediarios de la ruta (siquimato, quinato, fosfoenolpiruvato, y aminoácidos aromáticos). En ambas poblaciones se dieron similares efectos regulatorios de los intermediarios, evidenciando que la sobreexpresión de EPSPS no modifica de manera significativa la regulación general de la ruta. El enzima DAHPS se confirma como enzima clave en la regulación y en la respuesta al glifosato; su síntesis es inhibida por los productos finales de la ruta y por el quinato, y su regulación puede explicar la acumulación de siquimato tras la aplicación de glifosato.

Zabalza Aznárez, Ana

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