Integrative analysis of transcriptome and metabolome reveal the differential tolerance mechanisms to low and high salinity in the roots of facultative halophyte Avicennia marina

白骨壤 盐度 盐生植物 生物 红树林 代谢组 植物 代谢组学 代谢途径 渗透调节剂 生态学 生物化学 新陈代谢 氨基酸 脯氨酸 生物信息学
作者
Jing Li,Chaoqun Xu,Lingyu Song,Ze‐Jun Guo,Lu-Dan Zhang,Hanchen Tang,Jicheng Wang,Shi‐Wei Song,Jingwen Liu,You‐Hui Zhong,Bing‐Jie Chi,Xue‐Yi Zhu,Hai‐Lei Zheng
出处
期刊:Tree Physiology [Oxford University Press]
卷期号:44 (8)
标识
DOI:10.1093/treephys/tpae082
摘要

Abstract Mangroves perform a crucial ecological role along the tropical and subtropical coastal intertidal zone where salinity fluctuation occurs frequently. However, the differential responses of mangrove plant at the combined transcriptome and metabolome level to variable salinity are not well documented. In this study, we used Avicennia marina (Forssk.) Vierh., a pioneer species of mangrove wetlands and one of the most salt-tolerant mangroves, to investigate the differential salt tolerance mechanisms under low and high salinity using inductively coupled plasma-mass spectrometry, transcriptomic and metabolomic analysis. The results showed that HAK8 was up-regulated and transported K+ into the roots under low salinity. However, under high salinity, AKT1 and NHX2 were strongly induced, which indicated the transport of K+ and Na+ compartmentalization to maintain ion homeostasis. In addition, A. marina tolerates low salinity by up-regulating ABA signaling pathway and accumulating more mannitol, unsaturated fatty acids, amino acids' and L-ascorbic acid in the roots. Under high salinity, A. marina undergoes a more drastic metabolic network rearrangement in the roots, such as more L-ascorbic acid and oxiglutatione were up-regulated, while carbohydrates, lipids and amino acids were down-regulated in the roots, and, finally, glycolysis and TCA cycle were promoted to provide more energy to improve salt tolerance. Our findings suggest that the major salt tolerance traits in A. marina can be attributed to complex regulatory and signaling mechanisms, and show significant differences between low and high salinity.
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