γ-Valakton spodbuja rast sadik paradižnika preko transkriptoma in sprememb rastlinskih hormonov | Rastlinska molekularna biologija

Da bi zmanjšali odvisnost kmetijstva od kemičnih gnojil, narašča zanimanje za nove vrste gnojil. Bistvene spojine soobetavni spodbujevalci rasti.Dokazano je, da gama-valakton, hlapna organska spojina, ki jo proizvaja *S. stearothermiae* NRCB010, spodbuja rast sadik paradižnika v sterilnih pogojih. Zato smo raziskali učinke različnih koncentracij gama-valaktona na rast sadik paradižnika v hidroponskih in rastlinjaških pogojih ter preučili tudi ustrezne spremembe v transkripciji in ravneh hormonov. Rezultati so pokazali, da je obdelava z gama-valaktonom znatno spodbudila rast sadik paradižnika, z optimalnimi koncentracijami 100 mg/L oziroma 250 mg/L v hidroponskih oziroma rastlinjaških pogojih. Vsebnost IAA-asparaginske kisline, IAA-glutaminske kisline,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, indol-3-maslena kislina in giberelin v listih, steblih in koreninah so se znatno povečali. Analiza transkriptoma je pokazala, da je po 6 urah obdelave z γ-valerolaktonom število diferencialno izraženih genov (DEG) s povečano ekspresijo preseglo število genov z zmanjšano ekspresijo; vendar je bilo po 24 urah obdelave opaženo nasprotno stanje. γ-valerolakton lahko spodbuja rast sadik paradižnika z mehanizmi, kot so fotosinteza, signalizacija rastlinskih hormonov in biosinteza sekundarnih metabolitov. Ta študija zagotavlja teoretično osnovo za uporabo γ-valerolaktona kot novega regulatorja rasti rastlin in postavlja temelje za razvoj zelo učinkovitih in okolju prijaznih kmetijskih biostimulantov.

Morfološke, transkriptomske in hormonske analize so pokazale, da γ-valerolakton izboljša rast sadik paradižnika in poveča raven hormonov.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Bakterije iz rizosfere, ki spodbujajo rast rastlin (PGPR), kot okolju prijazni bioinokulatorji: nedavni napredek, omejitve in obeti. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Uporaba biostimulantov na osnovi taninov vpliva na strukturo korenin paradižnika in izboljšuje toleranco na sol. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adapterski protein UvSte50 uravnava patogenost *Ustilago maydis* prek signalne poti MAPK. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobni biostimulansi za potrebe sodobnega kmetijstva: sestava, funkcije in uporaba teh inovativnih izdelkov. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Znižana regulacija genov za presnovo ogljikovih hidratov pri visokotemperaturnem stresu je povzročila zmanjšanje vsebnosti saharoze in škroba v listih čičerike. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dinamika, signalizacija in delovanje abscisinske kisline v rastlinah. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifikacija domnevnih genov za biosintezo lignina v brezi. Wood Structure and Function 34(5):1255–1265
Ding Z, Yao Y, Yao K, Hou H, Zhang Z, Huang Y, Wang S, Liao W (2024) SlSERK3B spodbuja rast in razvoj sadik paradižnika z uravnavanjem fotosintetske zmogljivosti. Mednarodni časopis za molekularne znanosti 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 in MYB85 uravnavajo biosintezo fenilalanina in lignina med tvorbo sekundarne celične stene 1 [Odprt dostop]. 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 transkriptoma razkriva ključno vlogo eksogenega brassinolida v biosintetski poti alkaloida 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) Abscisinska kislina: njena vloga pri razvoju in zorenju plodov. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Katabolizem aminokislin v rastlinah. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolakton: trajnostna energija in kemična tekočina, ki vsebuje ogljik. 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) Rastlinski biostimulansi: mehanizmi in uporaba za izboljšanje prilagajanja rastlin abiotskemu stresu. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abscisinska kislina in njena vloga pri uravnavanju rasti, razvoja in stabilnosti pridelka rastlin. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Signalna pot MAPK pri Arabidopsis in njene interakcije kot odziv na abiotski stres. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Sinteza (R)-γ-valerata iz levulinske kisline z enantioselektivno kemoencimsko metodo. 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) Tiadizolin spodbuja odpadanje listov bombaža z uravnavanjem kompleksnih interakcij med etilenom, avksinom in citokininom. 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) Molekularna karakterizacija družine GH3 v lucerni pod abiotskim stresom. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Napredek raziskav o strukturi in funkcijah faktorjev odziva rastlin na auksin. 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) Transkripcijski faktor NAC SlNAP2 uravnava staranje listov paradižnika in pridelek plodov. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Kmetijska biognojila: koncepti, strategije in vpliv na mikroorganizme v tleh. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) so pokazali potencial za izboljšanje rasti rastlin in pridelka semen s predhodno obdelavo semen ozimne pšenice z bakterijskim signalom za zaznavanje kvoruma, N-heksanoil-L-homoserin laktonom (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Sovražnik in prijatelj nerazločljiva: interakcije abscisinske kisline in etilena v abiotskem stresu. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) so primerjali metabolite in funkcionalne lastnosti različnih paradižnikov z uporabo metabolomike na osnovi masne spektrometrije. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Nizke koncentracije metil jasmonata spodbujajo rast Podocarpus macrophyllus z ravnovesjem med signalizacijo rastlinskih hormonov in sintezo triterpenoidov. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Razlike v zaporedju izražanja genov: analiza podatkov RNA-sekvenciranja. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Uporaba mikrobnih bioloških gnojil v pridelavi poljščin in krepitvi odpornosti: pregled. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifikacija hlapnih organskih spojin v *Stenotrophomonas stearothermiae* za izboljšanje kolonizacije in spodbujanje rasti sadik paradižnika. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Med signalnimi potmi salicilne in jasmonske kisline v topolu ni antagonistične interakcije. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Receptorjem podobne proteinske kinaze se nahajajo pred MAPK pri regulaciji razvoja rastlin. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Eksogeni metil jasmonat uravnava sintezo endogenih hormonov v hidroponično gojenem poru za spodbujanje njihove rasti in fotosinteze. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetska analiza relativnih vlog avksina in giberelina pri regulaciji podaljševanja stebel graha pri polni svetlobi. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Signalizacija avksina: napredek raziskav v zadnjih 30 letih. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023) Presnovki Pseudomonas NRCB010 inducirajo specifične eksudate korenin paradižnika za povečanje kolonizacije rizosfere. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Visokoenergijska fosfatna spojina spodbuja rast solate s krepitvijo fotosinteze, rasti in spodbujanjem procesov, povezanih s sistemsko stabilnostjo. 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) Acetoin spodbuja rast rastlin in lajša stres zaradi soli pri sadikih solate z aktiviranjem presnovnih poti. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Učinki eksogenega kadaverin fosfata na rast, fotosintezo in izražanje genov v sadikih solate. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Izražamo iskreno hvaležnost Centru za visokozmogljivo računalništvo Tehnološke univerze v Nanjingu za zagotovitev računalniških virov.
To raziskavo je podprla Nacionalna fundacija za naravoslovje Kitajske (32172673 in 31972503) in projekt Platforme za usposabljanje študentov za inovacije in podjetništvo Tehnološke univerze v Nanjingu (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Oddelek za biotehnologijo in farmacevtski inženiring, Tehnološka univerza Nanjing, Nanjing 211816, Kitajska
Ključni laboratorij province Jiangsu za spremljanje atmosferskega okolja in nadzor onesnaževanja, Center za sodelovanje pri inovacijah za atmosfersko okolje in tehnologijo opreme, Šola za okoljske znanosti in inženirstvo, Univerza za informacijske znanosti in tehnologijo Nanjing, Nanjing 210044, Kitajska
Konceptualizacija, Shanshan Li; Urejanje podatkov: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formalna analiza, Fangfang Ren in Xin Tao; Pridobitev financiranja: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha in Zhuorui Li; Metodologija, Fangfang Ren in Weiye Chen; Projektna administracija, Nan Gao; Pisanje – izvirni osnutek, Fangfang Ren in Hui Shen; Pisanje, pregled in urejanje: Weishou Shen, Hui Shen in Nan Gao.
Springer Nature ostaja nevtralen glede teritorialnih zahtev in institucionalnih pripadnosti na objavljenih zemljevidih.
Springer Nature ali njegovi dajalci licenc (npr. združenja ali drugi partnerji) imajo izključne avtorske pravice za ta članek v skladu z založniškimi pogodbami z avtorji ali drugimi imetniki avtorskih pravic; samoobjava sprejetih rokopisnih različic tega članka s strani avtorjev je v celoti podvržena določilom takšnih založniških pogodb in veljavni zakonodaji.