Network analysis of metabolomics, transcriptome and hormones reveals propionic acid‐mediated novel survival strategy against drought in wheat

转录组 脱落酸 生长素 生物化学 茉莉酸 类黄酮生物合成 生物 植物激素 代谢组学 缬氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 基因 氨基酸 基因表达 生物信息学
作者
Zongzhen Li,Yanhao Lian,Hui Guo,Chenxi Li,Yongzhe Ren,Zeyu Xin,Tongbao Lin,Zhiqiang Wang
出处
期刊:Physiologia Plantarum [Wiley]
卷期号:176 (5)
标识
DOI:10.1111/ppl.14551
摘要

Abstract Propionic acid (PA), a low‐molecular‐weight organic acid, is crucial to plant life metabolism. However, the regulatory mechanism of PA‐mediated drought resistance in wheat remains largely unknown. Herein, we reported on a regulatory network of PA‐mediated drought resistance in wheat using integrated transcriptome and metabolomics analysis and verified genes associated with drought resistance. Compared to the water‐treated group, the application of PA alleviated the damage of drought by increasing plant water content, antioxidant enzyme activities and decreasing the malondialdehyde level (MDA). Transcriptome and metabolomics analysis revealed that PA triggered upregulation of key genes and metabolites, including TaBCAT , TaALDH6A1 , TaALDH7A1 , TaCHI , TaFLS , chrysin, and galangin, which were involved in valine, leucine and isoleucine degradation or flavonoid biosynthesis, respectively. In addition, the expression of genes encoding auxin‐related transcription factors (TFs) strikingly increased, such as auxin/indoleacetic acid (AUX/IAA) and auxin response factor (ARF). Moreover, PA activated abscisic acid (ABA) and indole‐3‐acetic acid (IAA) signalling pathways. Taken together, our findings suggest that PA promotes energy metabolism and antioxidant activities to confer wheat drought resistance by introducing comprehensive and systemic effects of valine, leucine and isoleucine degradation flavonoid biosynthesis. Furthermore, activated AUX/IAA and ARF TFs might serve vital roles in drought resistance via modulating IAA signalling. This study provides novel insights into PA‐mediated crop resistance and the improvement of the agroecological environment.
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