Enhancement of oxidative and drought tolerance in Arabidopsis by overaccumulation of antioxidant flavonoids

氧化应激 类黄酮 活性氧 代谢组 拟南芥 花青素 转录组 化学 抗氧化剂 拟南芥 非生物胁迫 非生物成分 生物化学 类黄酮生物合成 突变体 生物 食品科学 基因 代谢物 基因表达 古生物学
作者
Ryo Nakabayashi,Keiko Yonekura‐Sakakibara,Kaoru Urano,Makoto Suzuki,Yutaka Yamada,Tomoko Nishizawa,Fumio Matsuda,Mikiko Kojima,Hitoshi Sakakibara,Kazuo Shinozaki,Anthony J. Michael,Takayuki Tohge,Mami Yamazaki,Kazuki Saito
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:77 (3): 367-379 被引量:1025
标识
DOI:10.1111/tpj.12388
摘要

The notion that plants use specialized metabolism to protect against environmental stresses needs to be experimentally proven by addressing the question of whether stress tolerance by specialized metabolism is directly due to metabolites such as flavonoids. We report that flavonoids with radical scavenging activity mitigate against oxidative and drought stress in Arabidopsis thaliana. Metabolome and transcriptome profiling and experiments with oxidative and drought stress in wild-type, single overexpressors of MYB12/PFG1 (PRODUCTION OF FLAVONOL GLYCOSIDES1) or MYB75/PAP1 (PRODUCTION OF ANTHOCYANIN PIGMENT1), double overexpressors of MYB12 and PAP1, transparent testa4 (tt4) as a flavonoid-deficient mutant, and flavonoid-deficient MYB12 or PAP1 overexpressing lines (obtained by crossing tt4 and the individual MYB overexpressor) demonstrated that flavonoid overaccumulation was key to enhanced tolerance to such stresses. Antioxidative activity assays using 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, methyl viologen, and 3,3'-diaminobenzidine clearly showed that anthocyanin overaccumulation with strong in vitro antioxidative activity mitigated the accumulation of reactive oxygen species in vivo under oxidative and drought stress. These data confirm the usefulness of flavonoids for enhancing both biotic and abiotic stress tolerance in crops.

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