Genetic and lipidomic analyses reveal the key role of lipid metabolism for cold tolerance in maize

生物 脂质代谢 生物化学 钥匙(锁) 新陈代谢 遗传学 计算生物学 生物技术 生态学
作者
Lei Gao,Haifang Jiang,Minze Li,Danfeng Wang,Hongtao Xiang,Rong Zeng,Limei Chen,Xiaoyan Zhang,Jianru Zuo,Shuhua Yang,Yiting Shi
出处
期刊:Journal of Genetics and Genomics [Elsevier BV]
卷期号:51 (3): 326-337 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.jgg.2023.07.004
摘要

Lipid remodeling is crucial for cold tolerance in plants. However, the precise alternations of lipidomics during cold responses remain elusive, especially in maize (Zea mays L.). In addition, the key genes responsible for cold tolerance in maize lipid metabolism have not been identified. Here, we integrate lipidomic, transcriptomic, and genetic analysis to determine the profile of lipid remodeling caused by cold stress. We find that the homeostasis of cellular lipid metabolism is essential for maintaining cold tolerance of maize. Also, we detect 210 lipid species belonging to 13 major classes, covering phospholipids, glycerides, glycolipids, and free fatty acids. Various lipid metabolites undergo specific and selective alterations in response to cold stress, especially mono-/di-unsaturated lysophosphatidic acid, lysophosphatidylcholine, phosphatidylcholine, and phosphatidylinositol, as well as polyunsaturated phosphatidic acid, monogalactosyldiacylglycerol, diacylglycerol, and triacylglycerol. In addition, we identify a subset of key enzymes, including ketoacyl-acyl-carrier protein synthase II (KAS II), acyl-carrier protein 2 (ACP2), male sterility33 (Ms33), and stearoyl-acyl-carrier protein desaturase 2 (SAD2) involved in glycerolipid biosynthetic pathways are positive regulators of maize cold tolerance. These results reveal a comprehensive lipidomic profile during the cold response of maize and provide genetic resources for enhancing cold tolerance in crops.
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