Elevated CO2 mitigates the impact of drought stress by upregulating glucosinolate metabolism in Arabidopsis thaliana

转录组 硫代葡萄糖苷 拟南芥 下调和上调 生物合成 生物 拟南芥 耐旱性 干旱胁迫 基因 十字花科 新陈代谢 生物化学 芸苔属 化学 植物 基因表达 突变体
作者
Hamada AbdElgawad,Gaurav Zinta,Johann Hornbacher,Jutta Papenbrock,Marios Nektarios Markakis,Han Asard,Gerrit T.S. Beemster
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:46 (3): 812-830 被引量:3
标识
DOI:10.1111/pce.14521
摘要

Elevated CO2 (eCO2 ) reduces the impact of drought, but the mechanisms underlying this effect remain unclear. Therefore, we used a multidisciplinary approach to investigate the interaction of drought and eCO2 in Arabidopsis thaliana leaves. Transcriptome and subsequent metabolite analyses identified a strong induction of the aliphatic glucosinolate (GL) biosynthesis as a main effect of eCO2 in drought-stressed leaves. Transcriptome results highlighted the upregulation of ABI5 and downregulation of WRKY63 transcription factors (TF), known to enhance and inhibit the expression of genes regulating aliphatic GL biosynthesis (e.g., MYB28 and 29 TFs), respectively. In addition, eCO2 positively regulated aliphatic GL biosynthesis by MYB28/29 and increasing the accumulation of GL precursors. To test the role of GLs in the stress-mitigating effect of eCO2 , we investigated the effect of genetic perturbations of the GL biosynthesis. Overexpression of MYB28, 29 and 76 improved drought tolerance by inducing stomatal closure and maintaining plant turgor, whereas loss of cyp79f genes reduced the stress-mitigating effect of eCO2 and decreased drought tolerance. Overall, the crucial role of GL metabolism in drought stress mitigation by eCO2 could be a beneficial trait to overcome future climate challenges.
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