Multi-omics analysis reveals differential molecular responses to cadmium toxicity in rice root tip and mature zone

水稻 苯丙素 代谢组学 转录组 生物 毒性 生物化学 APX公司 抗氧化剂 谷胱甘肽 代谢途径 新陈代谢 化学 基因 基因表达 生物合成 生物信息学 有机化学
作者
Liuhui Kuang,Tao Yan,Fei Gao,Wenbang Tang,Dezhi Wu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:462: 132758-132758 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132758
摘要

Cadmium (Cd) is a highly toxic heavy metal that can be readily absorbed by plants and enriched in human body. Rice (Oryza sativa L.) yield and grain quality are affected by excessive Cd in the soil. Therefore, understanding the mechanisms of Cd absorption, accumulation and detoxification in the root apex is crucial for developing low-Cd rice cultivars. After Cd treatment, Cd concentration in rice root tips (RT) was 1.4 times higher than that in basal roots (BR). To uncover the distinct molecular responses to Cd toxicity, we conducted transcriptomic, proteomic, and metabolomic analyses on the two root sections. The results revealed that the RT exhibited 1.2-2.0 fold higher transcript or protein abundance of several Cd-related transporters than the BR, including Nramp1, Nramp5, IRT1, and HMA3, thereby contributing to more Cd accumulation in the RT. Furthermore, multi-omics analysis unveiled that the RT had enhanced activity in 'phenylpropanoid metabolism', 'AsA-GSH cycle' and 'tryptophan metabolism', conferring the stronger antioxidant system. While the BR showed higher activation in 'cell wall remodeling' and 'terpenoid biosynthesis'. This comprehensive study provides insights into the regulatory network of genes, proteins and metabolites involved in the differential responses to Cd toxicity between rice root tips and mature zones.
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