Anthocyanin synthesis is critical for melatonin-induced chromium stress tolerance in tomato

褪黑素 花青素 活性氧 花青素 化学 丙二醛 氧化应激 生物 生物化学 植物 内分泌学 食品科学
作者
Shuangsheng Sun,Airong Liu,Zhe Li,Tianmeng Guo,Shuangchen Chen,Golam Jalal Ahammed
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:453: 131456-131456 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131456
摘要

Chromium (Cr) is a toxic heavy metal for both animals and plants. The multifunctional signaling molecule melatonin can confer plant tolerance to heavy metal stress, but the mechanisms remain largely unknown. Here, we unveiled the critical role of the secondary metabolite anthocyanin in melatonin-induced Cr stress tolerance. Excess Cr caused severe phytotoxicity, which was manifested by leaf yellowing, stunted growth, reduced Fv/Fm, and increased accumulation of reactive oxygen species and malondialdehyde in a dose-dependent manner. Interestingly, leaf anthocyanin content increased under Cr stress and was the highest under 100 µM Cr (7.67-fold), while exogenous melatonin further increased anthocyanin accumulation with the highest being with 100 µM melatonin (by 90.72 %). In addition, exogenous melatonin increased endogenous melatonin content and alleviated Cr stress; however, suppression of melatonin accumulation aggravated Cr phytotoxicity and inhibited anthocyanin accumulation by downregulating the transcript levels of key structural genes. Melatonin also reduced the Cr content in roots and leaves. Crucially, suppression of anthocyanin biosynthesis by silencing an anthocyanin biosynthetic gene ANTHOCYANIDIN SYNTHASE (ANS) significantly compromised melatonin-induced anthocyanin accumulation and alleviation of Cr phytotoxicity, suggesting that anthocyanin potentially acts downstream of melatonin and its accumulation is essential for melatonin-induced Cr stress tolerance in tomato plants.
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