Integrative Network Analysis of Physiological, Transcriptomic, and Metabolomic Profiles Reveals the Mechanism of Propionic Acid-Mediated Alleviation of Cadmium Toxicity in Wheat ( Triticum aestivum L.)

水杨酸 代谢组学 化学 生物化学 转录组 新陈代谢 毒性 脱落酸 去甲基化 抗氧化剂 姜黄素 机制(生物学) 生物合成 油菜素内酯 细胞壁 代谢途径 氨基酸 果胶 生物 苯丙素 转录因子 细胞 谷胱甘肽 螯合作用 细胞培养
作者
Zongzhen Li,Chenxi Li,Yihan Wang,Wenjing Zhang,Yanhao Lian,Yongzhe Ren,Zeyu Xin,Tongbao Lin,Zhiqiang Wang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (49): 31622-31636
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c12148
摘要

Cadmium (Cd), a pervasive toxic metal, poses significant detrimental effects on plant development and yield. Exogenous propionic acid (PA) application significantly alleviated Cd toxicity in wheat seedlings. Based on physiological analysis, exogenous 10 μM PA treatment significantly reduced Cd accumulation by 36.29% in the shoot and 25.79% in the root under 20 μM Cd treatment. Integrative transcriptomic and metabolomic analyses revealed that PA enhances the antioxidant capacity via activation of branched-chain amino acid (BCAA) metabolism and salicylic acid (SA) signaling. Furthermore, PA upregulates TaHSP20 expression through H2O2 signaling, promoting pectin synthesis and demethylation to improve Cd chelation in the cell wall. Additionally, PA activates abscisic acid (ABA) signaling, inducing the expression of TaHSP20 and TaHSP70 to reinforce cell wall biosynthesis and Cd sequestration. Key metabolites such as sedoheptulose and rhamnose may further facilitate Cd2+ immobilization within the cell wall. These findings elucidate a systemic mechanism underlying PA-mediated alleviation of Cd toxicity, offering new strategies for improving agroecological sustainability.
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