Cyclic nucleotide-gated ion channel 20 regulates melatonin-induced calcium signaling and cold tolerance in watermelon

双分子荧光互补 褪黑素 基因沉默 生物 细胞生物学 信号转导 生物化学 基因 内分泌学
作者
Jingjing Chang,Yanliang Guo,Jiayue Li,Lingling Liu,Jiahe Liu,Yuan Li,Chunhua Wei,Wei Ma,Yong Zhang,Golam Jalal Ahammed,Feishi Luan,Yunqi Liu,Xian Zhang,Hao Li
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae630
摘要

Abstract Melatonin plays a crucial role in regulating plant cold tolerance, but the mechanisms underlying signal transduction remain elusive. In this study, we discovered that overexpression of the melatonin biosynthetic gene caffeic acid O-methyltransferase1 (COMT1) enhanced watermelon (Citrullus lanatus) cold tolerance, accompanied by the accumulation of cytosolic free calcium ([Ca2+]cyt), a stimulation of Ca2+ influx, and upregulation of four Ca2+-permeable channel genes (CNGC2/10/17/20). Conversely, knockout of COMT1 exhibited contrasting effects compared to its overexpression. Knocking out the four CNGC genes revealed that only CNGC20 mediates melatonin-induced Ca2+ influx in response to cold stimuli. CNGC20 deletion impeded watermelon callus redifferentiation, prompting us to employ a virus-induced gene silencing strategy to suppress its expression. Silencing CNGC20 compromised COMT1 overexpression-induced [Ca2+]cyt accumulation, Ca2+ influx, and watermelon cold tolerance. Yeast two-hybrid, bimolecular fluorescence complementation, firefly luciferase complementation imaging, and pull-down assays revealed an interaction between CNGC20 and calmodulin7 (CaM7). Overexpressing CaM7 inhibited melatonin-induced [Ca2+]cyt accumulation, Ca2+ influx, and watermelon cold tolerance. Conversely, silencing CaM7 increased [Ca2+]cyt accumulation, Ca2+ influx, and cold tolerance, whereas COMT1 overexpression failed to further enhance these responses in CaM7-silenced plants, indicating the negative regulation role of CaM7 in melatonin-mediated cold responses. Overall, these findings provide insights into the molecular mechanisms underlying melatonin-enhanced plant cold tolerance via Ca2+ signaling, holding potential for breeding/engineering cold-tolerant cucurbit varieties.
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