Synergistic role of phenylpropanoid biosynthesis and citrate cycle pathways in heavy metal detoxification through secretion of organic acids

苯丙素 代谢途径 柠檬酸循环 三羧酸 化学 转录组 植物修复 金属毒性 生物化学 超量积累植物 代谢组 柠檬酸 生物 环境化学 生物合成 基因 重金属 基因表达 有机化学 代谢物
作者
Jing Guan,Yixin Zhang,Defang Li,Qinghua Shan,Zhangli Hu,Tuanyao Chai,Aimin Zhou,Kun Qiao
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:476: 135106-135106 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.135106
摘要

Excessive heavy metal contaminants in soils have serious ecological and environmental impacts, and affect plant growth and crop yields. Phytoremediation is an environmentally friendly means of lowering heavy metal concentrations in soils. In this study, we analyzed phenotypic and physiological traits, and the transcriptome and metabolome, of sheepgrass (Leymus chinensis) exposed to cadmium (Cd), lead (Pb), or zinc (Zn). Phenotypic and physiological analysis indicated that sheepgrass had strong tolerance to Cd/Pb/Zn. Transcriptomic analysis revealed that phenylpropanoid biosynthesis and organic acid metabolism were enriched among differentially expressed genes, and metabolomic analysis indicated that the citrate cycle was enriched in response to Cd/Pb/Zn exposure. Genes encoding enzymes involved in the phenylpropanoid and citrate cycle pathways were up-regulated under the Cd/Pb/Zn treatments. Organic acids significantly reduced heavy metal accumulation and improved sheepgrass tolerance of heavy metals. The results suggest that synergistic interaction of the phenylpropanoid and citrate cycle pathways in sheepgrass roots induced organic acid secretion to alleviate heavy metal toxicity. A cascade of enzymes involved in the interacting pathways could be targeted in molecular design breeding to enhance phytoremediation.
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