Transcriptome and metabolome changes in Chinese cedar during cold acclimation reveal the roles of flavonoids in needle discoloration and cold resistance

黄酮醇 常绿 代谢组 类黄酮 转录组 代谢组学 类黄酮生物合成 植物 叶绿素 叶绿体 生物 颜料 适应 超微结构 查尔酮合酶 生物化学 化学 基因表达 基因 抗氧化剂 生物信息学 有机化学
作者
Yingting Zhang,Liwei Yang,Hailiang Hu,Junjie Yang,Jiebing Cui,Guangqian Wei,Jin Xu
出处
期刊:Tree Physiology [Oxford University Press]
卷期号:42 (9): 1858-1875 被引量:20
标识
DOI:10.1093/treephys/tpac046
摘要

Cryptomeria fortunei growth and development are usually affected by low temperatures. Despite the evergreen nature of this species, most needles turn yellowish-brown in cold winters. The underlying discoloration mechanisms that cause this phenomenon in response to cold acclimation remain poorly understood. Here, we measured the pigment content and ultrastructure of normal wild-type (Wt) and evergreen mutant (GM) C. fortunei needles and performed integrated transcriptomic and metabolomic analyses to explore potential discoloration mechanisms. The results showed that the needle chlorophyll content of these two genotypes decreased in winter. Wt needles showed greater decrease in the chlorophyll content and local destruction of chloroplast ultrastructure and contained larger amounts of flavonoids than GM needles, as shown by metabolomics analysis. We subsequently identified key differentially expressed genes in the flavonoid biosynthesis pathway and observed significantly upregulated flavonol synthase expression in Wt needles compared with GM needles that significantly increased the anthoxanthin (flavones and flavonols) content, which is likely a key factor underlying the difference in needle color between these two genotypes. Therefore, flavonoid metabolism may play important roles in the cold resistance and needle discoloration of C. fortunei, and our results provide an excellent foundation for the molecular mechanism of C. fortunei in response to cold stress.
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