High light triggers flavonoid and polysaccharide synthesis through DoHY5‐dependent signaling in Dendrobium officinale

多糖 花青素 生物 类黄酮 类黄酮生物合成 生物化学 生物合成 石斛 转录组 基因表达 植物 基因 抗氧化剂
作者
Joan López‐Moliner,Jun Xie,Jie Li,Zhen Lai,Siyou Ruan,Qi Qi,Zaihua Wang,Sujuan Duan,Haoli Jin,Hongbin Wang
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:115 (4): 1114-1133 被引量:6
标识
DOI:10.1111/tpj.16284
摘要

Dendrobium officinale is edible and has medicinal and ornamental functions. Polysaccharides and flavonoids, including anthocyanins, are important components of D. officinale that largely determine the nutritional quality and consumer appeal. There is a need to study the molecular mechanisms regulating anthocyanin and polysaccharide biosynthesis to enhance D. officinale quality and its market value. Here, we report that high light (HL) induced the accumulation of polysaccharides, particularly mannose, as well as anthocyanin accumulation, resulting in red stems. Metabolome and transcriptome analyses revealed that most of the flavonoids showed large changes in abundance, and flavonoid and polysaccharide biosynthesis was significantly activated under HL treatment. Interestingly, DoHY5 expression was also highly induced. Biochemical analyses demonstrated that DoHY5 directly binds to the promoters of DoF3H1 (involved in anthocyanin biosynthesis), DoGMPP2, and DoPMT28 (involved in polysaccharide biosynthesis) to activate their expression, thereby promoting anthocyanin and polysaccharide accumulation in D. officinale stems. DoHY5 silencing decreased flavonoid- and polysaccharide-related gene expression and reduced anthocyanin and polysaccharide accumulation, whereas DoHY5 overexpression had the opposite effects. Notably, naturally occurring red-stemmed D. officinale plants similarly have high levels of anthocyanin and polysaccharide accumulation and biosynthesis gene expression. Our results reveal a previously undiscovered role of DoHY5 in co-regulating anthocyanin and polysaccharide biosynthesis under HL conditions, improving our understanding of the mechanisms regulating stem color and determining nutritional quality in D. officinale. Collectively, our results propose a robust and simple strategy for significantly increasing anthocyanin and polysaccharide levels and subsequently improving the nutritional quality of D. officinale.
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