Machine learning‐guided multi‐omics suggests iron‐dependent hormonal signaling drives root morphological plasticity in wheat under temperature stress

茉莉酸 生物 转录组 分区(防火) 细胞生物学 激素 适应(眼睛) 可塑性 生长素 根毛 下调和上调 共生 信号转导 代谢途径 侧根 平衡 植物 发育可塑性 内质网 代谢组学 表型可塑性 脱落酸 神经可塑性 植物生理学 细胞信号 茉莉酸 缺铁 收敛演化 生理学 神经科学
作者
Wenyuan Shen,Qingming Ren,X Chen,Yiyang Dai,Y ZHANG,Fei Xiong
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
标识
DOI:10.1111/nph.71336
摘要

Root plasticity is crucial for crop survival under climate change. However, the coordinated regulatory network between metabolic disturbances and hormonal signaling that drives morphological adaptation under temperature fluctuations remains unclear. This study integrated machine learning-driven multi-omics analysis, in situ histochemical localization, and pharmacological validation to decipher the root adaptation strategies of wheat under temperature gradients. Wheat roots exhibited convergent morphological plasticity under temperature stress. However, this convergence was associated with distinct hormonal signaling pathways linked to iron homeostasis. Transcriptome data indicated that temperature stress generally down-regulated genes associated with iron acquisition strategy II. Low-temperature stress induced physiological iron deficiency, which triggered an auxin surge to promote compensatory root hair elongation, coinciding with the transcriptional upregulation of iron acquisition Strategy I. Conversely, high-temperature stress induced jasmonic acid accumulation, which contributed to maintaining root hair growth while potentially mitigating iron overload by promoting iron compartmentalization and restricting local accumulation. Our findings support an 'iron-dependent hormonal trade-off' model and identified iron homeostasis as the core metabolic hub connecting environmental perception, hormonal regulation, and root architectural plasticity. This study highlights the powerful role of multi-omics integration approaches in uncovering hidden metabolic targets, providing a theoretical basis for breeding climate-adaptive crops with optimized root systems.
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