Mechanisms of Cadmium stress response in watermelon: Insights from physiological, transcriptomic, and metabolic analyses

转录组 代谢途径 植物螯合素 代谢组学 谷胱甘肽 生物 活性氧 生物化学 氧化应激 信号转导 西瓜 细胞生物学 新陈代谢 基因 基因表达 植物 生物信息学
作者
Tong‐Lu Wei,Ze-Hang Wang,Mao‐Song Pei,Hainan Liu,Da‐Long Guo
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:215: 109017-109017 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2024.109017
摘要

Cadmium (Cd) contamination of soil may lead to Cd stress for plants, which significantly hinders plant growth and development, posing a risk to human health through the consumption of Cd-contaminated foods. Watermelon (Citrullus lanatus), a widely consumed fruit, is particularly affected by Cd stress globally, yet the mechanisms underlying its response are not well understood. Here, we subjected watermelon seedlings to simulated Cd stress treatment and explored the physiological, transcriptomic, and metabolic response. Our findings revealed that Cd stress treatment led to increased accumulation of reactive oxygen species (ROS) in watermelon leaves. Transcriptome sequencing unveiled a multitude of osmotic and oxidative stress-responsive genes, including peroxidase (POD), MYB, voltage-dependent anion channel (SLAC1), and ABC transporter. KEGG enrichment analysis highlighted the predominant enrichment of Cd stress-responsive genes in pathways such as glutathione (GSH) metabolism, MAPK signaling, and biosynthesis of secondary metabolites. Within the GSH metabolism pathway, several glutathione S-transferase (GST) genes were up-regulated, alongside phytochelatin synthetase (PCS) genes involved in phytochelatin synthesis. In the MAPK signaling pathway, genes associated with ABA and ethylene signal transduction showed up-regulation following Cd stress. Metabolomic analysis demonstrated that Cd stress enhanced the production of amino acids, phenolamines, and esters. Overall, our study elucidates that watermelon responds to Cd stress by activating its antioxidant system, GSH metabolism pathway, MAPK signal pathway, and biosynthesis of key metabolites. These findings offer valuable insights for the remediation of heavy metal pollution in soil affecting plant life.
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