γ-Valactone wspomaga wzrost sadzonek pomidorów poprzez zmiany transkryptomu i hormonów roślinnych | Biologia molekularna roślin

Aby zmniejszyć zależność rolnictwa od nawozów chemicznych, rośnie zainteresowanie nowymi rodzajami nawozów. Niezbędne związki toobiecujące stymulatory wzrostu.Wykazano, że gamma-valakton, lotny związek organiczny wytwarzany przez *S. stearothermiae* NRCB010, wspomaga wzrost sadzonek pomidorów w warunkach sterylnych. Dlatego zbadaliśmy wpływ różnych stężeń gamma-valaktonu na wzrost sadzonek pomidorów w warunkach hydroponicznych i szklarniowych, a także przeanalizowaliśmy odpowiadające im zmiany w transkrypcji i poziomie hormonów. Wyniki wykazały, że zastosowanie gamma-valaktonu znacząco wspomagało wzrost sadzonek pomidorów, przy optymalnych stężeniach odpowiednio 100 mg/l i 250 mg/l w warunkach hydroponicznych i szklarniowych. Zawartość kwasu asparaginowego IAA, kwasu glutaminowego IAA,indolo-3-acetamid, indolo-3-acetonitrylu, kwasu indolo-3-masłowego i gibereliny w liściach, łodygach i korzeniach znacząco wzrosły. Analiza transkryptomu wykazała, że ​​po 6 godzinach podawania γ-walerolaktonu liczba genów o zróżnicowanej ekspresji (DEG) o zwiększonej ekspresji przewyższyła liczbę genów o obniżonej ekspresji; jednak po 24 godzinach leczenia zaobserwowano odwrotną sytuację. γ-walerolakton może stymulować wzrost siewek pomidorów poprzez mechanizmy takie jak fotosynteza, sygnalizacja hormonów roślinnych i biosynteza metabolitów wtórnych. Niniejsze badanie stanowi podstawę teoretyczną dla zastosowania γ-walerolaktonu jako nowego regulatora wzrostu roślin i kładzie podwaliny pod rozwój wysoce skutecznych i przyjaznych dla środowiska biostymulatorów rolniczych.

Analizy morfologiczne, transkryptomowe i hormonalne wykazały, że γ-walerolakton poprawia wzrost sadzonek pomidorów i zwiększa poziom hormonów.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Bakterie ryzosferowe wspomagające wzrost roślin (PGPR) jako ekologiczne bioinokulatory: najnowsze osiągnięcia, ograniczenia i perspektywy. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Stosowanie biostymulatorów na bazie garbników wpływa na strukturę korzeni pomidorów i poprawia tolerancję na sól. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Białko adaptorowe UvSte50 reguluje patogenność *Ustilago maydis* poprzez szlak sygnalizacyjny MAPK. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Biostymulatory mikrobiologiczne na potrzeby współczesnego rolnictwa: skład, funkcje i zastosowania tych innowacyjnych produktów. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Obniżenie ekspresji genów szlaku metabolizmu węglowodanów w warunkach stresu wysokotemperaturowego spowodowało zmniejszenie zawartości sacharozy i skrobi w liściach ciecierzycy. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dynamika, sygnalizacja i funkcja kwasu abscysynowego w roślinach. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identyfikacja potencjalnych genów biosyntezy ligniny w brzozie. Struktura i funkcja drewna 34(5):1255–1265
Ding Z, Yao Y, Yao K, Hou H, Zhang Z, Huang Y, Wang S, Liao W (2024) SlSERK3B promuje wzrost i rozwój sadzonek pomidorów poprzez regulację zdolności fotosyntezy. International Journal of Molecular Sciences 25(2):1336
Geng Peng, Zhang Shuai, Liu Jie, Zhao Chao, Wu Jun, Cao Yong, Fu Chao, Han Xin, He Hui, Zhao Qiang (2020) MYB20, MYB42, MYB43 i MYB85 regulują biosyntezę fenyloalaniny i ligniny podczas tworzenia wtórnej ściany komórkowej 1 [Open Access]. Acta Physiologica Sinica 182 (3): 1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Analiza transkryptomu ujawnia kluczową rolę egzogennego brassinolidu w szlaku biosyntezy alkaloidów Pinellia ternata. International Journal of Molecular Sciences 23(18):10898
Gupta K, Wani SH, Razak A, Skalicki M, Samantara K, Gupta S, Pandita D, Goel S, Grewal S, Heynak V, Shiv A, El-Sabrout AM, Elansari HO, Alaklabi A, Brestik M (2022) Kwas abscysynowy: jego rola w rozwoju i dojrzewaniu owoców. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Katabolizm aminokwasów w roślinach. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-welolakton: zrównoważona energia i płyn chemiczny zawierający węgiel. Green Chem 10(2):238–242
Khalid F, Rashid Y, Asif K, Ashraf H, Maqsood MF, Shahbaz M, Zulfiqar U, Sardar R, Haider FW (2024) Biostymulatory roślin: mechanizmy i zastosowania w celu poprawy adaptacji roślin do stresu abiotycznego. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Kwas abscysynowy i jego rola w regulacji wzrostu, rozwoju i stabilności plonów roślin. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Szlak sygnałowy MAPK Arabidopsis i jego interakcje w odpowiedzi na stres abiotyczny. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Synteza (R)-γ-walerianianu z kwasu lewulinowego enancjoselektywną metodą chemoenzymatyczną. Process Biochem 90:113–117
Li F, Wu C, Liao B, Yu K, Ho Y, Meng L, Wang S, Wang B, Du M, Tian X, Li Z (2022) Tiadizolina wspomaga opadanie liści bawełny poprzez regulację złożonych interakcji między etylenem, auksyną i cytokininą. International Journal of Molecular Sciences 23(5):2696
Li J, Min S, Luo Q, Abdoulaye AH, Zhang S, Huang W, Zhang R, Chen Y (2023a) Charakterystyka molekularna rodziny GH3 w lucernie poddanej stresowi abiotycznemu. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Postęp badań nad strukturą i funkcjami czynników odpowiedzi roślin na auksynę. Journal of Integrative Plant Biology 65(3):617–632
Ma X, Zhang Y, Tureckova V, Xue GP, Ferney AR, Müller-Robert B, Balazadeh S (2018) Czynnik transkrypcyjny NAC SlNAP2 reguluje starzenie się liści pomidora i plon owoców. Acta Physiologica Sinica 177 (3): 1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Biofertylizatory rolnicze: koncepcje, strategie i wpływ na mikroorganizmy glebowe. Postępy w Rolnictwie 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) wykazali potencjał poprawy wzrostu roślin i plonu nasion poprzez wstępne traktowanie nasion pszenicy ozimej bakteryjnym sygnałem wykrywania kworum – N-heksanoilo-L-homoserynolaktonem (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Wróg i przyjaciel nie do odróżnienia: interakcje kwasu abscysynowego i etylenu w warunkach stresu abiotycznego. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) porównali metabolity i właściwości funkcjonalne różnych pomidorów, wykorzystując metabolomikę opartą na spektrometrii mas. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Niskie stężenia metyljasmonianu wspomagają wzrost Podocarpus macrophyllus poprzez równowagę między sygnalizacją hormonów roślinnych a syntezą triterpenoidów. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Różnice w sekwencji ekspresji genów: analiza danych RNA-seq. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Zastosowanie biofertylizatorów mikrobiologicznych w produkcji roślinnej i zwiększaniu odporności: przegląd. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identyfikacja lotnych związków organicznych w *Stenotrophomonas stearothermiae* w celu zwiększenia kolonizacji i przyspieszenia wzrostu sadzonek pomidorów. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Nie stwierdzono antagonistycznej interakcji między szlakami sygnałowymi kwasu salicylowego i jasmonowego u topoli. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Kinazy białkowe receptoropodobne zlokalizowane są powyżej MAPK w regulacji rozwoju roślin. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Egzogenny metylojasmonian reguluje syntezę hormonów endogennych w porach uprawianych hydroponicznie, wspomagając ich wzrost i fotosyntezę. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Analiza genetyczna względnej roli auksyny i gibereliny w regulacji wydłużania łodygi grochu w pełnym świetle. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Sygnalizacja auksynowa: postęp badań w ciągu ostatnich 30 lat. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023) Metabolity Pseudomonas NRCB010 indukują specyficzne wysięki z korzeni pomidora w celu zwiększenia kolonizacji ryzosfery. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Wysokoenergetyczny związek fosforanowy wspomaga wzrost sałaty poprzez intensyfikację fotosyntezy, wzrostu i indukowanie procesów związanych ze stabilnością systemową. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 22(2):1955–1969
Zhou X, Shen H, Yan X, Ma X, Leng J, Sun Y, Gao N (2024a) Acetoina wspomaga wzrost roślin i łagodzi stres solny u sadzonek sałaty poprzez aktywację szlaków metabolicznych. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Wpływ egzogennego fosforanu kadaweryny na wzrost, fotosyntezę i ekspresję genów w siewkach sałaty. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Składamy szczere podziękowania Centrum Obliczeń Wysokiej Wydajności Uniwersytetu Technologicznego w Nankinie za udostępnienie nam zasobów obliczeniowych.
Badania te zostały dofinansowane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (32172673 i 31972503) oraz Projekt Platformy Szkolenia w Dziedzinie Innowacji i Przedsiębiorczości Studentów Uniwersytetu Technologicznego w Nankinie (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Wydział Biotechnologii i Inżynierii Farmaceutycznej, Uniwersytet Technologiczny w Nankinie, Nankin 211816, Chiny
Kluczowe Laboratorium Monitorowania Środowiska Atmosferycznego i Kontroli Zanieczyszczeń Prowincji Jiangsu, Centrum Współpracy Innowacyjnej w Dziedzinie Środowiska Atmosferycznego i Technologii Sprzętu, Wydział Nauk o Środowisku i Inżynierii, Uniwersytet Informatyki i Technologii w Nankinie, Nankin 210044, Chiny
Konceptualizacja, Shanshan Li; Kuracja danych: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Analiza formalna, Fangfang Ren i Xin Tao; Pozyskanie funduszy: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha i Zhuorui Li; Metodologia, Fangfang Ren i Weiye Chen; Administracja projektu, Nan Gao; Tekst – wersja oryginalna, Fangfang Ren i Hui Shen; Pisanie, recenzowanie i redagowanie: Weishou Shen, Hui Shen i Nan Gao.
Springer Nature zachowuje neutralność w kwestii roszczeń terytorialnych i przynależności instytucjonalnej na publikowanych mapach.
Springer Nature lub jego licencjodawcy (np. stowarzyszenia lub inni partnerzy) posiadają wyłączne prawa autorskie do niniejszego artykułu zgodnie z umowami wydawniczymi zawartymi z autorami lub innymi posiadaczami praw autorskich; samodzielne publikowanie zaakceptowanych wersji rękopisu niniejszego artykułu przez autorów podlega w całości warunkom tych umów wydawniczych i obowiązującemu prawu.