Integrative Physiological, Metabolomic, and Transcriptomic Insights into MsCIPK2 Responses to Drought Stress in Alfalfa

耐旱性 生物 超氧化物歧化酶 光合作用 转录组 苯丙素 蒸腾作用 过氧化氢酶 气孔导度 渗透压 植物 丙二醛 叶绿素荧光 光合效率 脯氨酸 猝灭(荧光) 农学 转基因作物 过氧化物酶 植物生理学 基因 化学 类黄酮 抗旱性 蔗糖
作者
Fenqi Chen,Xue Ha,Ting Ma,Huiling Ma
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (45): 29210-29228 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c10970
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide The adaptability of plants to drought involves tolerance and recovery. Alfalfa ( Medicago sativa L.), a key forage crop, is highly susceptible to water deficit. This study found that key pathways, including starch and sucrose metabolism, phenylpropanoid biosynthesis, and flavonoid biosynthesis, were activated under drought and rewatering. Key module analysis identified 4 hub genes ( CIPK2, MYB6, bZIP43, and NF-YB3 ), and revealed that the expression of CIPK2 continuously increased during drought stress. Functional validation in Arabidopsis confirmed that MsCIPK2 enhanced drought resistance by promoting root growth, lateral root development, and stomatal closure. Physiologically, transgenic lines exhibited increased superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) activities, maximum quantum efficiency of PSII (Fv/Fm), photosynthetic efficiency (ΦPSII), photochemical quenching (qP), and nonphotochemical quenching (NPQ) and reduced malondialdehyde (MDA) and relative electrolyte conductivity (REC). Mechanistically, MsCIPK2 mediated these physiological alterations by modulating the expression of key genes such as APX1, PP2C, ARF7, LEA14 and others. These findings provide molecular insights into alfalfa drought adaptation and a biotechnological basis for improving its resistance.
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