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Different Phenylalanine Pathway Responses to Cold Stress Based on Metabolomics and Transcriptomics in Tartary Buckwheat Landraces

芦丁 苯丙素 类黄酮 槲皮素 代谢组学 荞麦属 生物 次生代谢 转录组 冷应激 植物 苗木 苦荞 基因 园艺 生物化学 化学 食品科学 生物合成 基因表达 抗氧化剂 生物信息学
作者
Yingjie Song,Jinchao Feng,Dongmei Liu,Chunlin Long
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:70 (2): 687-698 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.1c06915
摘要

Tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum) is strongly adapted to growth in adverse environments. In Liangshan, the Yi people cultivate different Tartary buckwheat landraces in different habitats. In this study, we aimed to understand the molecular differences in transcriptomic and metabolomic responses underlying cold tolerance between two Tartary buckwheat landraces (TM and RG) cultivated at different altitudes. After cold treatment, TM showed normal growth in the seedling stage and had significantly higher total flavonoids (16.53 mg/g, 1.47 times), rutin (5.73 mg/g, 1.32 times), and quercetin (0.08 mg/g, 2.67 times), which were higher than those in RG. In addition, TM showed higher-level changes in carbon and nitrogen metabolism than RG. Combined transcriptome and metabolomic analyses showed that phenylpropanoid biosynthesis was upregulated after cold treatment, and in TM, rutin synthesis was upregulated with a higher-level response to cold stress. RG showed higher expression in anthocyanins in response to cold stress. In addition, 24 structural genes involved in flavonoid synthesis, including 6 PAL, 3 C4H, 2 4CL, 2 CHS, 1 CHI, 3 F3H, 3 DFR, 1 FLS, 1 F3′H, and 4 GTR genes, were identified. These results will provide sufficient information for breeding Tartary buckwheat with high cold tolerance and constructing rutin high-yield varieties based on genetic engineering.
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