Abstract Adverse impacts of climate change, including high temperature on cereal crop production, have been evidenced globally. In plants, heat shock factors (HSFs) are crucial components of heat stress associated rescue mechanisms and are also required for normal biological processes. Here, we functionally characterized a highly heat stress responsive HvHSFA6a in barley by developing constitutively overexpressing transgenic lines. These transgenic lines showed heat tolerant phenotype via improved photosynthesis, antioxidants and upregulation of HSPs and metabolites involved in stress amelioration and keeping thermomemory as compared to wild type plants. Global transcriptomics and ChIP sequencing revealed that HvHSFA6a orchestrates the expression of several genes through direct binding with other HSFs containing consensus HSE in their promoter regions. A GC-MS based metabolomics analysis also revealed the alterations in key metabolic processes such as carbohydrate metabolism, citric acid cycle, amino acids and secondary metabolism. Higher accumulation of key metabolites such as sucrose, galactinol, shikimate and ascorbate has been observed under both control and heat stress in transgenic lines as compared to wild type plants. Taken together, the results suggest that overexpression of HvHsfA6a prime the plants for heat stress conditions by alteration in gene expression and metabolic status. Highlight Priming is a mechanism by which plants respond to various abiotic and biotic stresses. Through multi omics approach we found that barley HsfA6a provide thermotolernce in transgenic plants through priming effect on transcriptome and metabolome.

Abstract Existence of potent in vitro regeneration system is a prerequisite for efficient genetic transformation and functional genomics of crop plants. We know little about why only some cultivars in crop plants are tissue culture friendly. In this study, tissue culture friendly cultivar Golden Promise (GP) and tissue culture resistant DWRB91(D91) were selected as contrasting cultivars to investigate the molecular basis of regeneration efficiency. Multiomics studies involving transcriptomics, proteomics, metabolomics, and biochemical analysis were performed using GP and D91 callus to unravel the regulatory mechanisms. Transcriptomics analysis revealed 1487 differentially expressed genes (DEGs), in which 795 DEGs were upregulated and 692 DEGs were downregulated in the GP-D91 transcriptome. Genes encoding proteins localized in chloroplast and involved in ROS generation were upregulated in the embryogenic calli of GP. Moreover, proteome analysis by LC-MSMS revealed 3062 protein groups and 16989 peptide groups, out of these 1586 protein groups were differentially expressed proteins (DEPs). Eventually, GC-MS based metabolomics analysis also revealed the higher activity of plastids and alterations in key metabolic processes such as sugar metabolism, fatty acid biosynthesis, and secondary metabolism. Higher accumulation of sugars, amino acids and metabolites corresponding to lignin biosynthesis were observed in GP as compared to D91. Highlights: Multi omics analysis revealed chloroplast play crucial role in providing in vitro regeneration capability in contrasting genotypes