Published March 27, 2023
| Version v1
Publication
Open
Heterologous overexpression of Apocynum venetum flavonoids synthetase genes improves Arabidopsis thaliana salt tolerance by activating the IAA and JA biosynthesis pathways
Creators
- 1. Shanxi Agricultural University
- 2. Tobacco Research Institute
- 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 4. University of Zimbabwe
- 5. Research Center of Saline and Akali Land of State Foresty Administration
- 6. Chambroad Chemical Industry Research Institute (China)
Description
Salt stress is a serious abiotic stress that primarily inhibits plant growth, resulting in severe yield losses. Our previous research found that flavonoids play important roles in A. venetum salt stress tolerance. In response to salt stress, we noted that the flavonoid content was depleted in A. venetum . However, the detailed mechanism is still not clear. In this study, the expression patterns of three flavonoids synthetase genes, AvF3H , AvF3'H , and AvFLS were systemically analyzed under salt stress in A. venetum seedlings. The salt tolerance of transgenic Arabidopsis plants was improved by heterologous overexpression of these synthetase genes. The NBT and DAB staining results as well as H 2 O 2 and O 2 • - content analysis revealed that under salt stress, ROS molecules were reduced in transgenic plants compared to WT plants, which corresponded to the activation of the antioxidant enzyme system and an increase in total flavonoid content, particularly rutin, eriodictyol, and naringerin in transgenic plants. External application of flavonoids reduced ROS damage in WT plants just like what we observed in the transgenic plants (without the external application). Additionally, our transcriptome analysis demonstrated that auxin and jasmonic acid biosynthesis genes, as well as signaling transduction genes, were primarily activated in transgenic plants under salt stress, leading to activation of the cell wall biosynthesis or modification genes that promote plant growth. As a result, we investigated the mechanism through flavonoids enhance the salt tolerance, offering a theoretical foundation for enhancing salt tolerance in plants.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
إجهاد الملح هو إجهاد لا أحيائي خطير يمنع نمو النبات في المقام الأول، مما يؤدي إلى خسائر فادحة في الغلة. وجد بحثنا السابق أن مركبات الفلافونويد تلعب أدوارًا مهمة في تحمل إجهاد ملح الفينيتيوم. استجابة لإجهاد الملح، لاحظنا أن محتوى الفلافونويد قد استنفد في A. venetum . ومع ذلك، لا تزال الآلية التفصيلية غير واضحة. في هذه الدراسة، تم تحليل أنماط التعبير عن ثلاثة جينات سينثيتاز الفلافونويد ، AvF3H و AvF3 'H و AvFLS بشكل منهجي تحت ضغط الملح في شتلات الفينيتيوم. تم تحسين تحمل الملح لنباتات الأرابيدوبسيس المعدلة وراثيًا من خلال التعبير المفرط غير المتجانس عن هذه الجينات التخليقية. كشفت نتائج تلوين NBT و DAB بالإضافة إلى تحليل محتوى H 2 O 2 و O 2 • - أنه في ظل إجهاد الملح، انخفضت جزيئات ROS في النباتات المعدلة وراثيا مقارنة بنباتات WT، والتي تتوافق مع تنشيط نظام الإنزيم المضاد للأكسدة وزيادة في إجمالي محتوى الفلافونويد، وخاصة الروتين، إيريوديكتيول، ونارينجيرين في النباتات المعدلة وراثيا. قلل التطبيق الخارجي للفلافونويدات من تلف ROS في مصانع WT تمامًا مثل ما لاحظناه في النباتات المعدلة وراثيًا (بدون التطبيق الخارجي). بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليلنا للنسخة أن جينات التخليق الحيوي للأوكسين وحمض الياسمونيك، بالإضافة إلى الإشارة إلى جينات التنبيغ، تم تنشيطها بشكل أساسي في النباتات المعدلة وراثيًا تحت ضغط الملح، مما أدى إلى تنشيط التخليق الحيوي لجدار الخلية أو تعديل الجينات التي تعزز نمو النبات. ونتيجة لذلك، قمنا بالتحقيق في الآلية من خلال مركبات الفلافونويد التي تعزز تحمل الملح، مما يوفر أساسًا نظريًا لتعزيز تحمل الملح في النباتات.Translated Description (French)
Le stress salin est un stress abiotique grave qui inhibe principalement la croissance des plantes, entraînant de graves pertes de rendement. Nos recherches antérieures ont révélé que les flavonoïdes jouent un rôle important dans la tolérance au stress salin d'A. venetum. En réponse au stress salin, nous avons noté que la teneur en flavonoïdes était appauvrie chez A. venetum . Cependant, le mécanisme détaillé n'est toujours pas clair. Dans cette étude, les modèles d'expression de trois gènes de flavonoïdes synthétase, AvF3H, AvF3 'H et AvFLS ont été analysés de manière systémique sous stress salin chez des semis d'A. venetum. La tolérance au sel des plantes Arabidopsis transgéniques a été améliorée par la surexpression hétérologue de ces gènes de synthétase. Les résultats de coloration NBT et DAB ainsi que l'analyse de la teneur en H 2 O 2 et O 2 • - ont révélé que sous stress salin, les molécules ROS étaient réduites dans les plantes transgéniques par rapport aux plantes WT, ce qui correspondait à l'activation du système enzymatique antioxydant et à une augmentation de la teneur totale en flavonoïdes, en particulier la rutine, l'ériodictyol et la naringérine dans les plantes transgéniques. L'application externe de flavonoïdes a réduit les dommages ROS chez les plantes WT, tout comme ce que nous avons observé chez les plantes transgéniques (sans application externe). De plus, notre analyse du transcriptome a démontré que les gènes de biosynthèse de l'auxine et de l'acide jasmonique, ainsi que les gènes de transduction de signalisation, étaient principalement activés dans les plantes transgéniques soumises à un stress salin, entraînant l'activation de la biosynthèse de la paroi cellulaire ou des gènes de modification qui favorisent la croissance des plantes. En conséquence, nous avons étudié le mécanisme par lequel les flavonoïdes améliorent la tolérance au sel, offrant une base théorique pour améliorer la tolérance au sel chez les plantes.Translated Description (Spanish)
El estrés salino es un estrés abiótico grave que inhibe principalmente el crecimiento de las plantas, lo que resulta en graves pérdidas de rendimiento. Nuestra investigación anterior encontró que los flavonoides desempeñan un papel importante en la tolerancia al estrés por sal de A. venetum. En respuesta al estrés salino, observamos que el contenido de flavonoides se agotó en A. venetum . Sin embargo, el mecanismo detallado aún no está claro. En este estudio, los patrones de expresión de tres genes de flavonoides sintetasa, AvF3H,AvF3 'H y AvFLS se analizaron sistémicamente bajo estrés salino en plántulas de A. venetum. La tolerancia a la sal de las plantas transgénicas de Arabidopsis se mejoró mediante la sobreexpresión heteróloga de estos genes de sintetasa. Los resultados de tinción de NBT y DAB, así como el análisis de contenido de H 2 O 2 y O 2 • - revelaron que bajo estrés salino, las moléculas de ROS se redujeron en plantas transgénicas en comparación con las plantas WT, lo que correspondió a la activación del sistema enzimático antioxidante y un aumento en el contenido total de flavonoides, particularmente rutina, eriodictiol y naringerina en plantas transgénicas. La aplicación externa de flavonoides redujo el daño de ROS en plantas WT al igual que lo que observamos en las plantas transgénicas (sin la aplicación externa). Además, nuestro análisis del transcriptoma demostró que los genes de la biosíntesis de auxina y ácido jasmónico, así como los genes de transducción de señalización, se activaron principalmente en plantas transgénicas bajo estrés salino, lo que llevó a la activación de la biosíntesis de la pared celular o genes de modificación que promueven el crecimiento de las plantas. Como resultado, investigamos el mecanismo a través de los flavonoides para mejorar la tolerancia a la sal, ofreciendo una base teórica para mejorar la tolerancia a la sal en las plantas.Files
pdf.pdf
Files
(9.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:25e6df6a7d4c3e31af0402990d09a4f5
|
9.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يعمل التعبير المفرط غير المتجانس عن جينات أبوسينوم فلافونويدس فينيتوم سينثيتاز على تحسين تحمل ملح الأرابيدوبسيس ثاليانا من خلال تنشيط مسارات التخليق الحيوي لـ IAA و JA
- Translated title (French)
- La surexpression hétérologue des gènes synthétase des flavonoïdes d'Apocynum venetum améliore la tolérance au sel d'Arabidopsis thaliana en activant les voies de biosynthèse IAA et JA
- Translated title (Spanish)
- La sobreexpresión heteróloga de los genes de la flavonoides sintetasa de Apocynum venetum mejora la tolerancia a la sal de Arabidopsis thaliana al activar las vías de biosíntesis de IAA y JA
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4360982761
- DOI
- 10.3389/fpls.2023.1123856
References
- https://openalex.org/W1972060131
- https://openalex.org/W1980093505
- https://openalex.org/W1984479268
- https://openalex.org/W1998265762
- https://openalex.org/W2001325894
- https://openalex.org/W2001396309
- https://openalex.org/W2015399327
- https://openalex.org/W2015596353
- https://openalex.org/W2034255720
- https://openalex.org/W2046479301
- https://openalex.org/W2047708521
- https://openalex.org/W2054917916
- https://openalex.org/W2068634811
- https://openalex.org/W2076920761
- https://openalex.org/W2076957774
- https://openalex.org/W2080843596
- https://openalex.org/W2082142840
- https://openalex.org/W2084530483
- https://openalex.org/W2092932820
- https://openalex.org/W2095478872
- https://openalex.org/W2098049513
- https://openalex.org/W2101883164
- https://openalex.org/W2105751976
- https://openalex.org/W2105874120
- https://openalex.org/W2107277218
- https://openalex.org/W2120768613
- https://openalex.org/W2122221811
- https://openalex.org/W2126386203
- https://openalex.org/W2126623160
- https://openalex.org/W2128741925
- https://openalex.org/W2132261635
- https://openalex.org/W2136997195
- https://openalex.org/W2139328007
- https://openalex.org/W2144369426
- https://openalex.org/W2144621426
- https://openalex.org/W2160973013
- https://openalex.org/W2161608988
- https://openalex.org/W2165468500
- https://openalex.org/W2179438025
- https://openalex.org/W2192080449
- https://openalex.org/W2493688133
- https://openalex.org/W2521662433
- https://openalex.org/W2523014323
- https://openalex.org/W2527743689
- https://openalex.org/W2580718994
- https://openalex.org/W2587779801
- https://openalex.org/W2592391821
- https://openalex.org/W2792417686
- https://openalex.org/W2803272611
- https://openalex.org/W2807477077
- https://openalex.org/W2917524313
- https://openalex.org/W3014272724
- https://openalex.org/W3021785079
- https://openalex.org/W3136157487
- https://openalex.org/W3196777780
- https://openalex.org/W4221095311