Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

123

Introduction

Glutathione S-transferases (GSTs) are a group of dimeric enzymes

catalyzing the conjugation of electrophilic xenobiotics with the

endogenous glutathione (GSH) (1, 2).The effect of this reaction is gen-

erally to convert a reactive lipophilic molecule into a water soluble,

non-reactive conjugate which may easily be excreted or stored (2).

Plant GSTs can be induced by biotic stimuli such as pathogen invasion

and abiotic stimuli, such as herbicides and heavy metals (3). Authors

indicate that the level of expression of GST is a crucial factor in deter-

mining the sensitivity of cells to a broad spectrum of toxic chemicals

and that GST induction is part of an adaptive response mechanism to

chemical stress (4). 

Material and methods

Shoots of P. oceanicawere collected (i) in an anthropized (A) site

subjected to mercury industrial wastes, in Rosignano (Italy), and (ii) in

a reference (R) site in Lérins Islands (France). Only bases and blades

from adult leaves were analyzed. Mercury concentrations were mea-

sured, after digestion of the tissues, by CVAA (Perkin Elmer FIMS

100). GST activities were determined in the post-mitochondrial frac-

tion, by UV-visible spectrophotometry (Uvikon 930, Kontron) with

reduced Glutathione (GSH) and Chlorodinitrobenzene (CDNB) as

substrates (5) and expressed according to protein levels (determined

following 6). Proteins from Rosignano and Lérins shoots were sepa-

rated on SDS PAGE 12% and transferred to Hybond membrans. Blots

were blocked in skimmed milk 5%, incubated overnight with 6 µg.mL

-

1

purified GST A1/A1polyclonal antibody (provided by 3) and then

with a 1:15000 dilution of antichicken IgG-HRPeroxidase and finally

revealed by ECL method.

Results

Mercury concentrations (fig.1) are significantly higher at station A

(264 and 299 ng.g

-1

y

-1

dw on average, for blades and bases, respec-

tively) as compared to R (63 and 77 ng.g

-1

y

-1

dw), regardless of the

period. GST activity (fig.2) is higher at station A, regardless of the

period (120 and 178 nmol.min

-1

.mg

-1

prot., for R and A, respectively).

Enzyme activity in adult leaves was always higher in the bases,

regardless of station or period (110 and 190 nmol.min

-1

.mg

-1

prot. for

blades and bases, respectively). ECL revelation (fig.3) demonstrates

the presence of a 31kD band (A1/A1 isoenzyme) which is only present

in the bases of P. oceanicaand more accentuated from the anthropized

site

Discussion and conclusion

GST activity was observed to be higher in anthropised site, it would

appear that an elevated metal content is responsible for higher GST

activity as yet demonstrated (5). GSTs are known to play a role in the

protection of the cell against oxidative stress through the metabolism

of glutathione (7). According to these authors, metals may evoke a

decrease in glutathione content which could be mainly related to a

stimulation of GST activity.The increase in GST activity, observed in

P. oceanica, may thus be considered as an indirect or secondary effect

of mercury.

Contrary to the bases, blades exhibited very low activity levels and

thus provide very little information concerning variations in GST

activities between seasons and between stations. These observations

can be explained with the presence of A1/A1 isozyme only in the

bases of P. oceanica, this isozyme being characterized by an high

CDNB activity (3). The results, provided here, reveal that GST activi-

ty may represent a valuable marker for mercury contamination.

Interpretation of GST activities along with mercury concentration data

associated with isoenzymes induction can allow us to conclude that

this metal induces GST activity, at least for A1/A1 isoform. It is there-

fore possible that another isoform, exhibiting a low CDNB activity,

but high activity for an other substrate (ethacrynic acid, meto-

lachlor…) is present, for instance in the blades. In fact, in a given

organism, specific GST activities may be used as a criterion for dis-

tinguishing GST iosenzymes (3, 8). Only separation and characteriza-

tion of all the isoenzymes will be necessary to determine whether or

not the induction of one or several of these isoenzymes can be attribut-

ed to mercury contamination in P. oceanica.

References

1. Cummins I., Cole D.J., Edwards R., 1997. Purification of multiple

glutathione transferases involved in herbicide detoxification from wheat

(Triticum aestivum L.) treated with the safener fenchlorazole-ethyl. Pest.

Biochem. Physiol., 59: 35-49.

2. Clark A.G., 1989. The comparative enzymology of the glutathione S-

Transferases from non-vertebrate organisms.Comp. Biochem. Physiol.,

92B:419-446.

BIOCHEMICAL ANSWER OF POSIDONIA OCEANICA TOA METALLIC STRESS

Lila Ferrat

1

*, Michèle Romeo

2

, Christine Pergent-Martini

1

1

EqEL, Université de Corse, Corte, France.

2

ROSE, UMR INRA-UNSA 1112, Faculté des Sciences, Nice, France.

Abstract

In order to demonstrate a biochemical answer to a metallic stress in Posidonia oceanica (L.) Delile, GST activity variations and isoenzyme

A1/A1 induction have been studied for a mercuric contamination. Sampling is realized over an annual cycle in (i) an anthropized site, with

highly mercuric contamination, and (ii) a reference site. Sites contaminated by mercury were those for which the highest enzyme activities

were recorded, and mercury seems to increase GST activity, particularly in the bases of P. oceanica leaves. Moreover,A1/A1 isozyme is

revealed only in bases and seems to be induced by mercury.

Key words: Phanerogams , mercury, enzymes, bio-inidicators

Figure 1: Mercury concentration inP. oceanica bases and

blades from 

stations R and A.

Figure 2: GST activity in P. oceanicabases (full line) and blades

(dotted line) from stations R (grey) and A.

Figure 3: Western blot of GST A1/A1 from bases and blades of

reference (R) and anthropized (A) stations. The amount of pro-