Integrated transcriptome and metabolome analysis reveals the physiological and molecular responses of allotetraploid rapeseed to ammonium toxicity

生物 转录组 代谢组学 油菜籽 代谢途径 基因 次生代谢 基因表达 苯丙素 硫代葡萄糖苷
作者
Shuang Li,Lei Yan,Muhammad Riaz,Philip J. White,Ceng Yi,Sheliang Wang,Lei Shi,Fangsen Xu,Chuang Wang,Hongmei Cai,Xiangsheng Ye,Guangda Ding
出处
期刊:Environmental and Experimental Botany [Elsevier BV]
卷期号:189: 104550- 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.envexpbot.2021.104550
摘要

Abstract Ammonium (NH4+) and nitrate (NO3−) are the main nitrogen (N) sources accessible to plants. However, exclusive NH4+ may causes toxicity to crops. Transcriptomics in conjunction with metabolomics analysis in allotetraploid rapeseed under NH4+ stress showed that NH4+ taken up by roots was mainly transferred to leaves for assimilation. The concentrations of most amino acids, glucose, and glucose-6-phosphate increased whilst malate, succinate, and α-ketoglutarate concentrations decreased in NH4+-treated leaves. Moreover, NH4+ toxicity down-regulated genes related to photosynthesis and impaired the electron transport chain in chloroplasts. The expression of genes related to H2O2 decomposition, as well as the concentrations of monodehydro-ascorbic acid and ascorbic acid, reduced after exposure to NH4+-N, accompanied by higher O2 - and H2O2 accumulation. Taken together, our results indicated that the excessive accumulation of NH4+ in plants caused an imbalance of carbon and N metabolism, impaired photosystems and generated reactive oxygen species, which resulted in toxicity to rapeseed.

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