Transcriptional and Metabolomic Analyses Reveal That GmESR1 Increases Soybean Seed Protein Content Through the Phenylpropanoid Biosynthesis Pathway

苯丙素 转录组 代谢组学 生物 蔗糖 生物化学 木质素 转录因子 基因 生物合成 WRKY蛋白质结构域 半纤维素 植物 基因表达 生物信息学
作者
Runnan Zhou,Sihui Wang,Jianwei Li,Mingliang Yang,Chunyan Liu,Zhaoming Qi,Chang Xu,Xiaoxia Wu,Qingshan Chen,Zhao Ying
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:49 (7): 3637-3653 被引量:11
标识
DOI:10.1111/pce.15250
摘要

Soybeans are an economically vital food crop, which is employed as a key source of oil and plant protein globally. This study identified an EREBP-type transcription factor, GmESR1 (Enhance of Shot Regeneration). GmESR1 overexpression has been observed to significantly increase seed protein content. Furthermore, the molecular mechanism by which GmESR1 affects protein accumulation through transcriptome and metabolomics was also identified. The transcriptomic and metabolomic analyses identified 95 differentially expressed genes and 83 differentially abundant metabolites during the seed mid-maturity stage. Co-analysis strategies revealed that GmESR1 overexpression inhibited the biosynthesis of lignin, cellulose, hemicellulose, and pectin via the phenylpropane biosynthetic pathway, thereby redistributing biomass within cells. The key genes and metabolites impacted by this biochemical process included Gm4CL-like, GmCCR, Syringin, and Coniferin. Moreover, it was also found that GmESR1 binds to (AATATTATCATTAAGTACGGAC) during seed development and inhibits the transcription of GmCCR. GmESR1 overexpression also enhanced sucrose transporter gene expression during seed development and increased the sucrose transport rate. These results offer new insight into the molecular mechanisms whereby GmESR1 increases protein levels within soybean seeds, guiding future molecular-assisted breeding efforts aimed at establishing high-protein soybean varieties.
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