Pierre Richaud, Angélique Besson-Bard, Antoine Gravot, Alain Pugin, Pascaline Auroy, Ludivine Taconnat, David Wendehenne, Céline Duc, Jean-Pierre Renou, Frédéric Gaymard, Plante - microbe - environnement : biochimie, biologie cellulaire et écologie (PMEBBCE), Etablissement National d'Enseignement Supérieur Agronomique de Dijon (ENESAD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Amélioration des Plantes et Biotechnologies Végétales (APBV), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-AGROCAMPUS OUEST, Bioénergie et Microalgues (EBM), Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (BPMP), Université de Montpellier (UM)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de recherche en génomique végétale (URGV), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Rennes (UR)-AGROCAMPUS OUEST, Environnement, Bioénergie, Microalgues et Plantes (EBMP), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Plante - microbe - environnement : biochimie, biologie cellulaire et écologie ( PMEBBCE ), Etablissement National d'Enseignement Supérieur Agronomique de Dijon ( ENESAD ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Amélioration des Plantes et Biotechnologies Végétales ( APBV ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -AGROCAMPUS OUEST, Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues ( L3BM ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes ( BPMP ), Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Unité de recherche en génomique végétale ( URGV ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université d'Évry-Val-d'Essonne ( UEVE ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bourgogne (UB)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Etablissement National d'Enseignement Supérieur Agronomique de Dijon (ENESAD), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Nitric oxide (NO) functions as a cell-signaling molecule in plants. In particular, a role for NO in the regulation of iron homeostasis and in the plant response to toxic metals has been proposed. Here, we investigated the synthesis and the role of NO in plants exposed to cadmium (Cd2+), a nonessential and toxic metal. We demonstrate that Cd2+ induces NO synthesis in roots and leaves of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) seedlings. This production, which is sensitive to NO synthase inhibitors, does not involve nitrate reductase and AtNOA1 but requires IRT1, encoding a major plasma membrane transporter for iron but also Cd2+. By analyzing the incidence of NO scavenging or inhibition of its synthesis during Cd2+ treatment, we demonstrated that NO contributes to Cd2+-triggered inhibition of root growth. To understand the mechanisms underlying this process, a microarray analysis was performed in order to identify NO-modulated root genes up- and down-regulated during Cd2+ treatment. Forty-three genes were identified encoding proteins related to iron homeostasis, proteolysis, nitrogen assimilation/metabolism, and root growth. These genes include IRT1. Investigation of the metal and ion contents in Cd2+-treated roots in which NO synthesis was impaired indicates that IRT1 up-regulation by NO was consistently correlated to NO's ability to promote Cd2+ accumulation in roots. This analysis also highlights that NO is responsible for Cd2+-induced inhibition of root Ca2+ accumulation. Taken together, our results suggest that NO contributes to Cd2+ toxicity by favoring Cd2+ versus Ca2+ uptake and by initiating a cellular pathway resembling those activated upon iron deprivation.