Multi-omics analysis reveals the mechanism of bHLH130 responding to low-nitrogen stress of apple rootstock

苹果属植物 砧木 类黄酮 类黄酮生物合成 查尔酮合酶 生物 氮气 木质素 植物 生物化学 氮缺乏 化学 基因表达 基因 转录组 抗氧化剂 有机化学
作者
Xiaona Wang,Xiaofen Chai,Beibei Gao,Cecilia Deng,Catrin S. Günther,Ting Wu,Xinzhong Zhang,Xuefeng Xu,Zhenhai Han,Yi Wang
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:191 (2): 1305-1323 被引量:61
标识
DOI:10.1093/plphys/kiac519
摘要

Nitrogen is critical for plant growth and development. With the increase of nitrogen fertilizer application, nitrogen use efficiency decreases, resulting in wasted resources. In apple (Malus domestica) rootstocks, the potential molecular mechanism for improving nitrogen uptake efficiency to alleviate low-nitrogen stress remains unclear. We utilized multi-omics approaches to investigate the mechanism of nitrogen uptake in two apple rootstocks with different responses to nitrogen stress, Malus hupehensis and Malus sieversii. Under low-nitrogen stress, Malus sieversii showed higher efficiency in nitrogen uptake. Multi-omics analysis revealed substantial differences in the expression of genes involved in flavonoid and lignin synthesis pathways between the two materials, which were related to the corresponding metabolites. We discovered that basic helix-loop-helix 130 (bHLH130) transcription factor was highly negatively associated with the flavonoid biosynthetic pathway. bHLH130 may directly bind to the chalcone synthase gene (CHS) promoter and inhibit its expression. Overexpressing CHS increased flavonoid accumulation and nitrogen uptake. Inhibiting bHLH130 increased flavonoid biosynthesis while decreasing lignin accumulation, thus improving nitrogen uptake efficiency. These findings revealed the molecular mechanism by which bHLH130 regulates flavonoid and lignin biosyntheses in apple rootstocks under low-nitrogen stress.
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