Enhanced alkali tolerance of rhizobia-inoculated alfalfa correlates with altered proteins and metabolic processes as well as decreased oxidative damage

根瘤菌 氧化应激 代谢组 根瘤菌 生物化学 代谢途径 脯氨酸 苯丙素 生物 植物生理学 接种 代谢组学 抗氧化剂 食品科学 植物 细菌 共生 新陈代谢 氨基酸 园艺 生物合成 生物信息学 遗传学 代谢物
作者
Tingting Song,Na Sun,Dong Li,Hua Cai
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:159: 301-311 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2020.12.021
摘要

Abstract Aims Alkaline salt is one of the most devastating environmental factors limiting alfalfa productivity, however, the mechanisms underlying adaptation of alfalfa to alkaline remain unclear. Our aim is to investigate proteomic and metabolomic differences in growth and root of alfalfa under alkaline salt in Rhizobium-alfalfa symbiotic relationships. Methods Rhizobium-inoculated and non-inoculated alfalfa plants were treated with 200 mmol/L NaHCO3 to investigate physiological, metabolic, and proteomic responses of root-nodule symbiosis under alkaline-induced stress, using an integrated approach combining metabolome and proteome analysis with measurements of physiological parameters. Results The improved tolerance to alkalinity was observed in RI-plants compared with NI-plants. RI-plants accumulated more proline and MDH, and had higher antioxidant activity and relatively high RWC but low MDA content and low Na+/K+ ratio. The stress-related genes (P5CS, GST13, H+-Ppase, NADP-Me, SDH, and CS) were actively upregulated in RI plants under alkaline stress. In RI-plants, damage caused by alkaline stress was mainly alleviated by decreasing oxidative damage, enhancing the organic acid and amino acid metabolic processes, and scavenging harmful ROS by activating the phenylpropanoid biosynthetic pathway. Conclusions We revealed distinct proteins and metabolites related to alkali tolerance in RI-plants compared to NI-plants. Alkali tolerance of rhizobia-inoculated alfalfa was enhanced by altered proteins and metabolic processes as well as decreased oxidative damage.
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