Transcriptome and metabolome atlas reveals contributions of sphingosine and chlorogenic acid to cold tolerance in Citrus

代谢组 绿原酸 转录组 鞘氨醇 代谢途径 代谢组学 生物 咖啡酸 冷应激 植物 新陈代谢 生物化学 生物信息学 代谢物 基因 基因表达 受体 抗氧化剂
作者
Peng Xiao,Jing Qu,Y. X. Wang,Fang Tian,Wei Xiao,Yilei Wang,Yu Zhang,Madiha Khan,Qiyu Chen,Xiaoyong Xu,Chunlong Li,Ji‐Hong Liu
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:196 (1): 634-650 被引量:2
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae327
摘要

Citrus is one of the most important fruit crop genera in the world, but many Citrus species are vulnerable to cold stress. Ichang papeda (Citrus ichangensis), a cold-hardy citrus species, holds great potential for identifying valuable metabolites that are critical for cold tolerance in Citrus. However, the metabolic changes and underlying mechanisms that regulate Ichang papeda cold tolerance remain largely unknown. In this study, we compared the metabolomes and transcriptomes of Ichang papeda and HB pummelo (Citrus grandis "Hirado Buntan", a cold-sensitive species) to explore the critical metabolites and genes responsible for cold tolerance. Metabolomic analyses led to the identification of common and genotype-specific metabolites, consistent with transcriptomic alterations. Compared to HB pummelo under cold stress, Ichang papeda accumulated more sugars, flavonoids, and unsaturated fatty acids, which are well-characterized metabolites involved in stress responses. Interestingly, sphingosine and chlorogenic acid substantially accumulated only in Ichang papeda. Knockdown of CiSPT (C. ichangensis serine palmitoyltransferase) and CiHCT2 (C. ichangensis hydroxycinnamoyl-CoA: shikimate hydroxycinnamoyltransferase2), two genes involved in sphingosine and chlorogenic acid biosynthesis, dramatically decreased endogenous sphingosine and chlorogenic acid levels, respectively. This reduction in sphingosine and chlorogenic acid notably compromised the cold tolerance of Ichang papeda, whereas exogenous application of these metabolites increased plant cold tolerance. Taken together, our findings indicate that greater accumulation of a spectrum of metabolites, particularly sphingosine and chlorogenic acid, promotes cold tolerance in cold-tolerant citrus species. These findings broaden our understanding of plant metabolic alterations in response to cold stress and provide valuable targets that can be manipulated to improve Citrus cold tolerance.
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