Metabolic reprogramming and transcriptomic adaptation contribute to glyphosate resistance in potato cultivars.
Front Plant Sci · 2026 · 17:1757471 · PMID 41768057 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
글리포세이트는 널리 사용되는 제초제로, 시키미산 경로의 5-엔올피루빌시키미산-3-인산 합성효소(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase)를 억제하며, 그 반복적인 적용은 감자 등 여러 작물에서 저항성을 유발하였다. 본 연구에서는 통합 전사체학 및 대사체학 분석을 이용하여 두 가지 대조적인 품종인 DP(글리포세이트 내성)와 MA(글리포세이트 민감성)의 글리포세이트 저항성에 기저가 되는 분자적 및 대사적 메커니즘을 조사하였다. 글리포세이트 처리는 품종 특이적인 반응을 유발하였는데, 두 품종 모두 초기 스트레스 관련 경로를 활성화시켰으나, DP는 특히 해독(detoxification), 산화환원 항상성(redox homeostasis), 에너지 조절과 관련된 경로에서 보다 체계적이고 지속적인 전사적 반응을 보인 반면, MA는 광합성과 탄수화물 대사에 주로 풍부한 더 넓지만 덜 조직화된 반응을 나타냈다. 대사체학 분석 결과, DP에서는 시키미산 및 페닐프로파노이드 경로를 통한 플럭스 증가와 티로신, 페룰산, 플라보노이드의 축적 증가 등 현저한 대사 재프로그래밍이 관찰되었으며, 이는 산화 스트레스 완화 및 구조적 방어에 기여한다. 이와 대조적으로, MA는 특히 이차 대사에서 약한 대사 조정을 보였다. 전반적으로 이러한 결과들은 감자에서의 글리포세이트 저항성이 이차 대사를 강화하고 스트레스 내성을 높이는 전사적 가소성 및 대사 재프로그래밍에 의해 주도되며, 이는 제초제 저항성 메커니즘에 대한 새로운 통찰을 제공함을 보여준다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate, a widely used herbicide, inhibits 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase in the shikimate pathway, and its repeated application has led to resistance in several crops, including potato. In this study, we investigated the molecular and metabolic mechanisms underlying glyphosate resistance in two contrasting potato cultivars, DP (glyphosate-tolerant) and MA (glyphosate-sensitive), using integrated transcriptomic and metabolomic analyses. Glyphosate treatment triggered cultivar-specific responses: although both cultivars activated early stress-related pathways, DP exhibited a more coordinated and sustained transcriptional response, particularly in pathways associated with detoxification, redox homeostasis, and energy regulation, whereas MA showed a broader but less organized response mainly enriched in photosynthesis and carbohydrate metabolism. Metabolomic analysis revealed pronounced metabolic reprogramming in DP, including enhanced flux through the shikimate and phenylpropanoid pathways and increased accumulation of tyrosine, ferulic acid, and flavonoids, which contribute to oxidative stress mitigation and structural defense. In contrast, MA displayed weaker metabolic adjustments, especially in secondary metabolism. Overall, these results demonstrate that glyphosate resistance in potato is driven by transcriptional plasticity and metabolic reprogramming that enhance secondary metabolism and stress tolerance, providing new insights into herbicide resistance mechanisms.| 저자 | Xiao, C.; Gao, J.; Zeng, Y.; Zou, Y.; Wang, Z.; Zhang, D.; Yan, L.; Yang, G.; Shen, Y. |
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| 저널 | Frontiers in plant science |
| 권·호·쪽 | 17, 1757471 |
| PMID | 41768057 |
| DOI | 10.1007/s11540-022-09588-3 |