Comparative transcriptome analysis and Arabidopsis thaliana overexpression reveal key genes associated with cadmium transport and distribution in root of two Capsicum annuum cultivars

转录组 拟南芥 栽培 生物 拟南芥 基因 胡椒粉 木质素 基因表达 植物 细胞生物学 园艺 生物化学 化学 突变体 有机化学
作者
Chuang Shen,Baifei Huang,Haojie Lu,Haiwei Yuan,Yingying Huang,Yanbin Wang,Yu Sun,Yang Li,Jirong Zhang,Junliang Xin
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:465: 133365-133365
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133365
摘要

The molecular mechanisms underlying high and low cadmium (Cd) accumulation in hot pepper cultivars remain unclear. In this study, comparative transcriptome analysis of root between high-Cd (J) and low-Cd (Z) cultivars was conducted under hydroponic cultivation with 0 and 0.4 mg/L Cd, respectively. The results showed that J enhanced the root uptake of Cd by elevating the expression of Nramp5 and counteracting Cd toxicity by increasing the expression of genes, such as NIR1, GLN1, and IAA9. Z reduced Cd accumulation by enhancing the cell wall lignin synthesis genes PAL, COMT, 4CL, LAC, and POD and the Cd transporters ABC, MTP1, and DTX1. Elevated expression of genes related to sulfur metabolism was observed in Z, potentially contributing to its ability to detoxify Cd. To investigate the function of CaCOMT1, an Arabidopsis thaliana overexpression line (OE-CaCOMT1) was constructed. The results revealed that OE-CaCOMT1 drastically increased the lignin content by 38–42% and reduced the translocation of Cd to the aboveground parts by 32%. This study provides comprehensive insights into the mechanisms underlying Cd accumulation in hot pepper cultivars using transcriptome analysis. Moreover, this study elucidates the critical function of CaCOMT1, providing a theoretical foundation for the production of low-Cd vegetables for food safety.
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