Metabolite profiling and screening of callus browning‐related genes in lotus (Nelumbo nucifera)

老茧 褐变 莲花 多酚氧化酶 生物 代谢组学 生物化学 莲藕 转录组 原花青素 多酚 过氧化物酶 植物 基因 基因表达 生物信息学 突变体 抗氧化剂
作者
Xianbao Deng,Jinghao Huang,Minghua Zhang,Xue Wei,Heyun Song,Yuxin Wang,Xin Jia,Heng Sun,Juan Liu,Dong Yang,Jing Li,Mei Yang
出处
期刊:Physiologia Plantarum [Wiley]
卷期号:175 (5): e14027-e14027 被引量:8
标识
DOI:10.1111/ppl.14027
摘要

Callus browning is a major drawback to lotus callus proliferation and regeneration. However, the underlying mechanism of its formation remains largely unknown. Herein, we aimed to explore the metabolic and molecular basis of lotus callus browning by combining histological staining, high-throughput metabolomics, and transcriptomic assays for lotus callus at three browning stages. Histological stained brown callus cross sections displayed severe cell death symptoms, accompanied by an obvious accumulation of polyphenols and lignified materials. Widely targeted metabolomics revealed extensively decreased accumulation of most detected flavonoids and benzylisoquinoline alkaloids (BIAs), as well as a few phenolic acids, amino acids and their derivatives in callus with browning symptoms. Conversely, the contents of most detected tannins were significantly increased. Subsequent comparative transcriptomics identified a set of differentially expressed genes (DEGs) associated with the biosynthesis and regulation of flavonoids and BIAs in lotus. Notably, callus browning was coupled with significantly up-regulated expression of two polyphenol oxidase (PPO) and 17 peroxidase (POD) encoding genes, while the expression of ethylene associated genes remained at marginal levels. These results suggest that lotus callus browning is primarily controlled at the level of metabolism, wherein the oxidation of flavonoids and BIAs is crucially decisive.
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