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Yingna Feng
Author with expertise in Molecular Mechanisms of Plant Development and Regulation
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A key role of pectin demethylation-mediated cell wall Na+retention in regulating differential salt stress resistance in allotetraploid rapeseed genotypes

Ting Zhou et al.Sep 12, 2023
Abstract Allotetraploid rapeseed ( Brassica napus L.) is highly susceptible to salt stress, a worldwide limiting factor that causes severe losses in seed yield. Genetic variations in the resistance against salt stress found in rapeseed genotypes emphasizes the complex response architecture. Westar is ubiquitously used as a major transgenic receptor, and ZS11 is widely grown as a high production and good quality cultivar. In this study, Westar was identified to outperform than ZS11 under salt stress. Through cell component isolation, non-invasive micro-test, X-ray energy spectrum analysis, and ionomic profiling characterization, pectin demethylation was found to be a major regulator for differential salt resistance between Westar and ZS11. Integrated analyses of genome-wide DNA variations, differentially expression profiling, and gene co-expression network identified BnaC9.PME47 , encoding pectin methyl esterase, as a positive regulator mainly responsible for salt stress resistance. BnaC9.PME47 , located in two reported QTLs regions for salt resistance, was strongly induced by salt stress and localized on the cell wall. Natural variation of the promoter regions conferred higher expression of BnaC9.PME47 in Westar than in other salt-sensitive rapeseed genotypes. Loss-of-function of AtPME47 resulted in the hypersensitivity of Arabidopsis plants to salt stress. This study facilitates a more comprehensive understanding of the differential morpho-physiological and molecular responses to salt stress and abundant genetic diversity in rapeseed genotypes, and the integrated multiomics analyses provide novel insights regarding the rapid dissection of quantitative trait genes responsible for nutrient stresses in plant species with complex genomes.
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Salicylic Acid Is Involved in the Growth Inhibition Caused by Excessive Ammonium in Oilseed Rape (Brassica napus L.)

Ting Zhou et al.Jun 13, 2024
Rapeseed (Brassica napus L.) is extremely sensitive to excessive NH4+ toxicity. There remains incomplete knowledge of the causal factors behind the growth suppression in NH4+-nourished plants, with limited studies conducted specifically on field crop plants. In this study, we found that NH4+ toxicity significantly increased salicylic acid (SA) accumulation by accelerating the conversion of SA precursors. Moreover, exogenous SA application significantly aggravated NH4+ toxicity symptoms in the rapeseed shoots. Genome-wide differential transcriptomic analysis showed that NH4+ toxicity increased the expression of genes involved in the biosynthesis, transport, signaling transduction, and conversion of SA. SA treatment significantly increased shoot NH4+ concentrations by reducing the activities of glutamine synthase and glutamate synthase in NH4+-treated rapeseed plants. The application of an SA biosynthesis inhibitor, ABT, alleviated NH4+ toxicity symptoms. Furthermore, SA induced putrescine (Put) accumulation, resulting in an elevated ratio of Put to [spermidine (Spd) + spermine (Spm)] in the NH4+-treated plants, while the opposite was true for ABT. The application of exogenous Put and its biosynthesis inhibitor DFMA induced opposite effects on NH4+ toxicity in rapeseed shoots. These results indicated that the increased endogenous SA contributed noticeably to the toxicity caused by the sole NH4+–N supply in rapeseed shoots. This study provided fresh perspectives on the mechanism underlying excessive NH4+-induced toxicity and the corresponding alleviating strategies in plants.
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Genome-Wide Identification of the CAT Genes and Molecular Characterization of Their Transcriptional Responses to Various Nutrient Stresses in Allotetraploid Rapeseed

Xufeng Du et al.Nov 25, 2024
Brassica napus is an important oil crop in China and has a great demand for nitrogen nutrients. Cationic amino acid transporters (CAT) play a key role in amino acid absorption and transport in plants. However, the CATs family has not been reported in B. napus so far. In this study, genome-wide analysis identified 22 CAT members in the B. napus genome. Based on phylogenetic and synteny analysis, BnaCATs were classified into four groups (Group I–Group IV). The members in the same subgroups showed similar physiochemical characteristics and intron/exon and motif patterns. By evaluating cis-elements in the promoter regions, we identified some cis-elements related to hormones, stress and plant development. Darwin’s evolutionary analysis indicated that BnaCATs might have experienced strong purifying selection pressure. The BnaCAT family may have undergone gene expansion; the chromosomal location of BnaCATs indicated that whole-genome replication or segmental replication may play a major driving role. Differential expression patterns of BnaCATs under nitrate limitation, phosphate shortage, potassium shortage, cadmium toxicity, ammonium excess and salt stress conditions indicated that they were responsive to different nutrient stresses. In summary, these findings provide a comprehensive survey of the BnaCAT family and lay a foundation for the further functional analysis of family members.