Transcriptomic and metabolic profiling of watermelon uncovers the role of salicylic acid and flavonoids in the resistance to cucumber green mottle mosaic virus

生物 转录组 水杨酸 苯丙素 类黄酮生物合成 植物抗病性 基因 类黄酮 生物合成 生物化学 基因表达 抗氧化剂
作者
Mei Liu,Baoshan Kang,Huijie Wu,Miguel A. Aranda,Bin Peng,Li Liu,Zhangjun Fei,Ní Hóng,Qinsheng Gu
出处
期刊:Journal of Experimental Botany [Oxford University Press]
卷期号:74 (17): 5218-5235 被引量:6
标识
DOI:10.1093/jxb/erad197
摘要

Understanding the mechanisms underlying plant resistance to virus infections is crucial for viral disease management in agriculture. However, the defense mechanism of watermelon (Citrullus lanatus) against cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV) infection remains largely unknown. In this study, we performed transcriptomic, metabolomic, and phytohormone analyses of a CGMMV susceptible watermelon cultivar 'Zhengkang No.2' ('ZK') and a CGMMV resistant wild watermelon accession PI 220778 (PI) to identify the key regulatory genes, metabolites, and phytohormones responsible for CGMMV resistance. We then tested several phytohormones and metabolites for their roles in watermelon CGMMV resistance via foliar application, followed by CGMMV inoculation. Several phenylpropanoid metabolism-associated genes and metabolites, especially those involved in the flavonoid biosynthesis pathway, were found to be significantly enriched in the CGMMV-infected PI plants compared with the CGMMV-infected 'ZK' plants. We also identified a gene encoding UDP-glycosyltransferase (UGT) that is involved in kaempferol-3-O-sophoroside biosynthesis and controls disease resistance, as well as plant height. Additionally, salicylic acid (SA) biogenesis increased in the CGMMV-infected 'ZK' plants, resulting in the activation of a downstream signaling cascade. SA levels in the tested watermelon plants correlated with that of total flavonoids, and SA pre-treatment up-regulated the expression of flavonoid biosynthesis genes, thus increasing the total flavonoid content. Furthermore, application of exogenous SA or flavonoids extracted from watermelon leaves suppressed CGMMV infection. In summary, our study demonstrates the role of SA-induced flavonoid biosynthesis in plant development and CGMMV resistance, which could be used to breed for CGMMV resistance in watermelon.
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