Metabolomics combined with physiology and transcriptomics reveal key metabolic pathway responses in apple plants exposure to different selenium concentrations

代谢途径 代谢组学 生物化学 新陈代谢 转录组 生物 化学 生理学 计算生物学 基因表达 基因 有机化学 生物信息学
作者
Chunling Liu,Guangjin Zhou,Hanhan Qin,Yafei Guan,Tianyu Wang,Wei Ni,Hongmei Xie,Yue Xing,Ge Tian,Mengxue Lyu,Jingquan Liu,Fen Wang,Xinxiang Xu,Zhanling Zhu,Yuanmao Jiang,Shunfeng Ge
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:464: 132953-132953 被引量:75
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132953
摘要

Selenium (Se) can be absorbed by plants, thereby affects plant physiological activity, interferes gene expression, alters metabolite content and influences plant growth. However, the molecular mechanism underlying the plant response to Se remains unclear. In this study, apple plants were exposed to Se at concentrations of 0, 3, 6, 9, 12, 24, and 48 μM. Low concentrations of Se promoted plant growth, while high Se concentrations (≥24 μM) reduced photosynthesis, disturbed carbon and nitrogen metabolism, damaged the antioxidant system, and ultimately inhibited plant growth. The transcriptome and metabolome revealed that Se mainly affected three pathways, namely the ‘biosynthesis of amino acids’, ‘starch and sucrose metabolism’, and ‘phenylpropanoid biosynthesis’ pathways. 9 μM Se improved the synthesis, catabolism and utilization of amino acids and sugars, ultimately promoted plant growth. However, 24 μM Se up-regulated the related genes expression of PK, GPT, P5CS, SUS, SPS and CYP98A, and accumulated a large number of osmoregulation substances, such as citric acid, L-proline, D-sucrose and chlorogenic acid in the roots, ultimately affected the balance between plant growth and defense. In conclusion, this study reveals new insights into the key metabolic pathway in apple plants responses to Se.
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