Integrated transcriptomic and metabolomic analysis reveals the potential mechanisms underlying indium-induced inhibition of root elongation in wheat plants

苯丙素 木质素 代谢组学 铟 转录组 细胞壁 化学 生物化学 生物 植物 生物合成 酶 基因表达 基因 有机化学 色谱法
作者
Ruyi Qian,Yihao Li,Yuhao Liu,Nan Sun,Lijuan Liu,Xianyong Lin,Chengliang Sun
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:908: 168477-168477 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.168477
摘要

Soil contamination by indium, an emerging contaminant from electronics, has a negative impact on crop growth. Inhibition of root growth serves as a valuable biomarker for predicting indium phytotoxicity. Therefore, elucidating the molecular mechanisms underlying indium-induced root damage is essential for developing strategies to mitigate its harmful effects. Our transcriptomic findings revealed that indium affects the expression of numerous genes related to cell wall composition and metabolism in wheat roots. Morphological and compositional analysis revealed that indium induced a 2.9-fold thickening and a 17.5 % increase in the content of cell walls in wheat roots. Untargeted metabolomics indicated a substantial upregulation of the phenylpropanoid biosynthesis pathway. As the major end product of phenylpropanoid metabolism, lignin significantly accumulated in root cell walls after indium exposure. Together with increased lignin precursors, enhanced activity of lignin biosynthesis-related enzymes was observed. Moreover, analysis of the monomeric content and composition of lignin revealed a significant enrichment of p-hydroxyphenyl (H) and syringyl (S) units in root cell walls under indium stress. The present study contributes to the existing knowledge of indium toxicity. It provides valuable insights for developing sustainable solutions to address the challenges posed by electronic waste and indium contamination on agroecosystems.
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