Integrated physiological, transcriptomic and metabolomic analyses reveal the mechanism of peanut kernel weight reduction under waterlogging stress

转录组 蔗糖 生物 化学 食品科学 生物化学 基因表达 基因
作者
Ruier Zeng,Tingting Chen,Xi Li,Jing Cao,Jie Li,Xueyu Xu,Lei Zhang,Yong Chen
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:47 (8): 3198-3214 被引量:12
标识
DOI:10.1111/pce.14936
摘要

Waterlogging stress (WS) hinders kernel development and directly reduces peanut yield; however, the mechanism of kernel filling in response to WS remains unknown. The waterlogging-sensitive variety Huayu 39 was subjected to WS for 3 days at 7 days after the gynophores touched the ground (DAG). We found that WS affected kernel filling at 14, 21, and 28 DAG. WS decreased the average filling rate and kernel dry weight, while transcriptome sequencing and widely targeted metabolomic analysis revealed that WS inhibited the gene expression in starch and sucrose metabolism, which reduced sucrose input and transformation ability. Additionally, genes related to ethylene and melatonin synthesis and the accumulation of tryptophan and methionine were upregulated in response to WS. WS upregulated the expression of the gene encoding tryptophan decarboxylase (AhTDC), and overexpression of AhTDC in Arabidopsis significantly reduced the seed length, width, and weight. Therefore, WS reduced the kernel-filling rate, leading to a reduction in the 100-kernel weight. This survey informs the development of measures that alleviate the negative impact of WS on peanut yield and quality and provides a basis for exploring high-yield and high-quality cultivation, molecular-assisted breeding, and waterlogging prevention in peanut farming.
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