title: Metabolite screening of two halophytic plant species, Lepidium cartilagineum and Lotus tenuis, growing in the National Park Neusiedler See-Seewinkel
Creators: name: Franková, Katarína
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Region Neusiedler See–Seewinkel in Österreich ist ein semiarides Gebiet mit einem pannonischen Klima, das durch heiße, trockene Sommer und kalte Winter gekennzeichnet ist. Die Überreste des Pannonischen Meeres führten zur Bildung eines salzführenden Horizonts und damit zu stark salinen und alkalischen Böden. Nur Pflanzen mit spezialisierten Anpassungen können unter diesen herausfordernden Bedingungen gedeihen. In unserer Studie haben wir verschiedene Metaboliten, wie Chlorophyll a und b, Carotinoide, Phenole, Flavonoide, lösliche Zucker, freie Aminosäuren, Prolin und Gesamtproteine, untersucht, um die metabolischen und proteinhaltigen Anpassungen dieser Pflanzen in der salinen und trockenen Umgebung zu identifizieren. Wir untersuchten zwei Halophyten, Lepidium cartilagineum (Brassicaceae) und Lotus tenuis (Fabaceae), über zwei Jahreszeiten (April und September) an den Standorten Seewinkel: Alte Mühle und Seevorgelände. Zusätzlich wurde L. tenuis auch an Darscholacke und Sechsmahdlacke gesammelt. Diese Studie gibt einen Überblick über die Umweltbedingungen an verschiedenen Standorten und in zwei Jahreszeiten. Sie betrachtet dabei die Bodenmerkmale wie Bodenfeuchtigkeit, pH-Wert, ionische Zusammensetzung (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Cl⁻, CO₃²⁻, SO₄²⁻) und Leitfähigkeit rund um das Wurzelsystem der untersuchten Pflanzen zum Zeitpunkt der Probenahme. Wir fanden saisonale und räumliche Variabilität in der Leitfähigkeit und dem Ionengehalt; das ionische Verhältnis war jedoch an allen Standorten und für beide Arten ähnlich. Alle Böden waren von Natrium dominiert und auf der Anionenseite von Carbonat/Sulfat/Chlorid. Beide Pflanzen waren unterschiedlichen Ionenkonzentrationen und Salinitätsniveaus ausgesetzt, wobei der Boden im Wurzelbereich von L. cartilagineum eine höhere Salinität und mehr Ionen (Na⁺, Cl⁻, CO₃²⁻, SO₄²⁻) aufwies, während L. tenuis niedrigere Salinitätswerte bevorzugte. L. cartilagineum erwies sich als am besten geeignet für die salineren Böden, was sich in erhöhten Fotosynthesepigmenten und Proteinen widerspiegelte. L. cartilagineum akkumulierte auch hohe Mengen an Aminosäuren, insbesondere Prolin, selbst in nicht-salinem Gartenboden (Kontrolle), was auf einen inhärenten osmotischen Regulationsmechanismus hinweist. Beide Arten zeigten im April niedrigere Pigment- und Proteingehalte als im September, was wahrscheinlich auf eine weniger effektive Salztoleranz in der frühen Lebensphase der Pflanzen zurückzuführen ist. Für L. tenuis könnte dies auch auf eine weniger effektive Symbiose zu Beginn der Saison hinweisen. Besonders deutlich wurde dies bei den Pflanzen aus Darscholacke, die im April schwach abschnitten, sich aber bis September verbesserten. Sie zeigten höhere Pigment- und Proteingehalte, näherten sich den stickstofffixierenden Kontrollen an und wiesen weniger Schwankungen bei Zucker- und Aminosäuren auf. Diese symbiotische Anpassung hilft L. tenuis wahrscheinlich, sich später in der Saison besser an salzige Bedingungen anzupassen und zeigt einen möglichen Anpassungsmechanismus für salzige Umgebungen. Kontrollpflanzen hatten mehr Chlorophyll und Carotinoide. Das deutet darauf hin, dass Wildpflanzen aus dem Neusiedler See-Seewinkel ihre Pigmente bei Salztstress aufgrund der großen Vakuolen reduzieren. In nicht-salinen Umgebungen erhöhen sie die Pigmente, um die Photosynthese zu verbessern. Beide Pflanzen hatten im Vergleich zu den Kontrollen höhere Gehalte an löslichen Zuckern, Phenolen und Flavonoiden. Das deutet darauf hin, dass ihre osmotischen und antioxidativen Anpassungen zu einem Mechanismus der Salztoleranz führten.
description: The Neusiedler See–Seewinkel region in Austria is a semiarid area with a Pannonian climate, characterized by hot, dry summers and cold winters. The remnants of the Pannonian Sea have resulted in the development of salt-bearing horizons, resulting to highly saline-alkaline soils Therefore, only species with specialized adaptations can thrive in these challenging conditions. In our study, we analyzed various metabolites—including chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoids, total phenols, total flavonoids, soluble sugars, free amino acids, proline, and total proteins—to identify the metabolic and protein-level adaptations that enable these plants to overcome this saline and dry environment. We studied two halophytes, Lepidium cartilagineum (Brassicaceae) and Lotus tenuis (Fabaceae)—across two seasons (April and September) and sites at Seewinkel: Alte Mühle and Seevorgelände, additionally was L. tenuis also sampled at Darscholacke, and Sechsmahdlacke. As a proxy to environmental conditions over two seasons and across sites, this study also provide insight of soil properties, concretely soil water content (SWC), pH (CaCl2), ionic composition (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K+, Cl⁻, CO₃²⁻, SO₄²⁻), and conductivity, present in the soil surrounding the root system (rhizosphere) of studied plants during the sampling time. We found seasonal and spatial variability in conductivity and ion content; however, the ionic ratio was similar at all sites and for both species. All soils showed to be dominated by sodium and, on the anion side, by carbonate/sulfate/chloride. Both plants experienced different levels of ions and salinity, where soil from L. cartilagineum root zone revealed higher salinity and ionic content (Na+, Cl-, CO32-, SO42), whereas L. tenuis showed to prefer lower salinity content. L. cartilagineum was shown to perform the best in the most saline soils by elevated photosynthetic pigments and proteins. L. cartilagineum also accumulated high levels of amino acids, especially proline, even in non-saline environments (control), indicating an inherent osmotic regulation mechanism. Both species showed lower pigment and protein levels in April than in September, likely due to less effective salt tolerance plants must overcome in the early life cycle. For L. tenuis, this may also result from less effective symbiosis early in the season. This was particularly evident in plants from Darscholacke, which performed poorly in April but improved by September, aligning more closely with nitrogen-fixing controls. By September, plants showed increased levels of photosynthetic pigments, proteins and reduced variability in sugars and amino acids, indicating a symbiotic adjustment that enhances resilience to salinity later in the season. This is highlighting a potential adaptive mechanism for L. tenuis in saline environments. Control plants had higher chlorophyll and carotenoid content, suggesting that wild plants (from Neusiedler See-Seewinkel) reduce pigments under salinity stress, due to their succulence and large vacuoles. However, increase photosynthetic pigments in non-saline environments to improve photosynthesis. Both plants showed elevated content of soluble sugars, phenols, and flavonoids compared to the controls, suggesting that their osmotic and antioxidative adjustment resulted in a salt-tolerance mechanism.