γ-valaktoni edistää tomaatintaimen kasvua transkriptomin ja kasvihormonien muutosten kautta | Kasvien molekyylibiologia

Maatalouden riippuvuuden vähentämiseksi kemiallisista lannoitteista kiinnostus uudentyyppisiin lannoitteisiin kasvaa. Välttämättömät yhdisteet ovatlupaavia kasvunedistäjiä.Gamma-valaktonin, *S. stearothermiae* NRCB010:n tuottaman haihtuvan orgaanisen yhdisteen, on osoitettu edistävän tomaatintaimen kasvua steriileissä olosuhteissa. Siksi tutkimme gamma-valaktonin vaihtelevien pitoisuuksien vaikutuksia tomaatintaimen kasvuun vesiviljely- ja kasvihuoneolosuhteissa ja tarkastelimme myös vastaavia muutoksia transkriptiossa ja hormonitasoissa. Tulokset osoittivat, että gamma-valaktonikäsittely edisti merkittävästi tomaatintaimen kasvua optimaalisilla pitoisuuksilla 100 mg/l ja 250 mg/l vesiviljely- ja kasvihuoneolosuhteissa. IAA-asparagiinihapon, IAA-glutamiinihapon,indoli-3-asetamidi, indoli-3-asetonitriilin, indoli-3-voihapon ja gibberelliinin pitoisuudet lehdissä, varsissa ja juurissa lisääntyivät merkittävästi. Transkriptomianalyysi paljasti, että 6 tunnin γ-valerolaktonikäsittelyn jälkeen lisääntyneen ilmentymisen omaavien erilaistuvasti ilmentyvien geenien (DEG) määrä ylitti vähentyneen ilmentymisen omaavien geenien määrän; 24 tunnin käsittelyn jälkeen havaittiin kuitenkin päinvastainen tilanne. γ-valerolaktoni voi edistää tomaatintaimen kasvua fotosynteesin, kasvihormonisignaloinnin ja sekundaaristen metaboliittien biosynteesin kautta. Tämä tutkimus tarjoaa teoreettisen perustan γ-valerolaktonin soveltamiselle uutena kasvien kasvunsäätelyaineena ja luo pohjan erittäin tehokkaiden ja ympäristöystävällisten maatalouden biostimulanttien kehittämiselle.

Morfologiset, transkriptoomiset ja hormonaaliset analyysit osoittivat, että γ-valerolaktoni parantaa tomaatintaimien kasvua ja lisää hormonitasoja.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Kasvien kasvua edistävät ritsosfääribakteerit (PGPR) ympäristöystävällisinä bioinokulaattoreina: viimeaikaiset edistysaskeleet, rajoitukset ja tulevaisuudennäkymät. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Tanniinipohjaisten biostimulanttien käyttö vaikuttaa tomaatin juuriston rakenteeseen ja parantaa suolansietokykyä. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adapteriproteiini UvSte50 säätelee *Ustilago maydisin* patogeenisyyttä MAPK-signalointireitin kautta. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobien biostimulantit nykyaikaisen maatalouden tarpeisiin: näiden innovatiivisten tuotteiden koostumus, toiminnot ja sovellukset. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Hiilihydraattiaineenvaihduntareittien geenien vähentynyt säätely korkeassa lämpötilastressissä johti kikherneenlehtien sakkaroosi- ja tärkkelyspitoisuuksien vähenemiseen. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Absisiinihapon dynamiikka, signalointi ja toiminta kasveissa. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Oletettujen ligniinin biosynteesigeenien tunnistaminen koivussa. 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 edistää tomaatin taimien kasvua ja kehitystä säätelemällä fotosynteesikapasiteettia. 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 ja MYB85 säätelevät fenyylialaniinia ja ligniiniä sekundaarisen biosynteesin muodostumisen aikana. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Transkriptomianalyysi paljastaa eksogeenisen brassinolidin keskeisen roolin Pinellia ternatan alkaloidien biosynteesireitillä. 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) Absisiinihappo: sen rooli hedelmien kehityksessä ja kypsymisessä. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Aminohappojen katabolia kasveissa. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolaktoni: kestävä energia ja hiiltä sisältävä kemiallinen neste. 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) Kasvien biostimulantit: mekanismit ja sovellukset kasvien sopeutumisen parantamiseksi abioottiseen stressiin. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Absisiinihappo ja sen rooli kasvien kasvun, kehityksen ja sadon pysyvyyden säätelyssä. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK -signalointireitti ja sen vuorovaikutukset abioottiseen stressiin vastauksena. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) (R)-γ-valeraatin synteesi levuliinihaposta enantioselektiivisellä kemoentsymaattisella menetelmällä. 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) Tiaditsoliini edistää puuvillanlehtien irtoamista säätelemällä monimutkaisia ​​vuorovaikutuksia etyleenin, auksiinin ja sytokiniinin välillä. 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) GH3-perheen molekyylitason karakterisointi sinimailasessa abioottisessa stressissä. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Tutkimuksen edistyminen kasvien auksiinivastetekijöiden rakenteessa ja toiminnoissa. 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) NAC-transkriptiotekijä SlNAP2 säätelee tomaatin lehtien vanhenemista ja hedelmäsatoa. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Maatalouden biolannoitteet: käsitteet, strategiat ja vaikutus maaperän mikro-organismeihin. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) osoittivat, että syysvehnän siemeniä voidaan esikäsitellä bakteerien koorumin tunnistavalla signaalilla N-heksanoyyli-L-homoseriinilaktonilla (C6-HSL) ja siten parantaa kasvien kasvua ja siemensatoa. PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Vihollinen ja ystävä erottamattomat: abskissihapon ja etyleenin vuorovaikutukset abioottisessa stressissä. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) vertailivat eri tomaattien metaboliitteja ja funktionaalisia ominaisuuksia massaspektrometriaan perustuvan metabolomiikan avulla. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Alhaiset metyylijasmonaattipitoisuudet edistävät Podocarpus macrophylluksen kasvua tasapainottamalla kasvihormonien signalointia ja triterpenoidien synteesiä. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Geeniekspressiosekvenssien erot: RNA-sekvensointidatan analyysi. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Mikrobien biolannoitteiden käyttö viljelykasvien tuotannossa ja resistenssin parantamisessa: katsaus. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden tunnistaminen *Stenotrophomonas stearothermiae* -bakteerissa tomaatintaimien kolonisaation tehostamiseksi ja kasvun edistämiseksi. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Salisyyli- ja jasmonihapposignalointireittien välillä ei ole antagonistista vuorovaikutusta poppelissa. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Reseptorin kaltaiset proteiinikinaasit sijaitsevat MAPK-entsyymien yläpuolella kasvien kehityksen säätelyssä. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Eksogeeninen metyylijasmonaatti säätelee endogeenisen hormonisynteesiä hydroponisesti kasvatetuissa purjoissa edistääkseen niiden kasvua ja fotosynteesiä. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Auksiinin ja gibberelliinin suhteellisten roolien geneettinen analyysi herneen varren pidentymisen säätelyssä täydessä valossa. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auksiinisignalointi: tutkimuksen edistyminen viimeisten 30 vuoden aikana. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023) Pseudomonas NRCB010 -metaboliitit indusoivat spesifisiä tomaatin juurinesteitä tehostaen risosfäärien kolonisaatiota. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Runsaasti energiaa sisältävä fosfaattiyhdiste edistää salaatin kasvua tehostamalla fotosynteesiä, kasvua ja indusoimalla systeemiseen vakauteen liittyviä prosesseja. 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) Asetoiini edistää kasvien kasvua ja lievittää suolastressiä salaatin taimissa aktivoimalla aineenvaihduntareittejä. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Eksogeenisen kadaveriinifosfaatin vaikutukset kasvuun, fotosynteesiin ja geenien ilmentymiseen salaatin taimissa. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Ilmaisemme vilpittömän kiitollisuutemme Nanjingin teknillisen yliopiston suurteholaskentakeskukselle laskentaresurssien tarjoamisesta meille.
Tätä tutkimusta tukivat Kiinan kansallinen luonnontieteiden säätiö (32172673 ja 31972503) sekä Nanjingin teknillisen yliopiston opiskelijoiden innovaatio- ja yrittäjyyskoulutusalustan projekti (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Biotekniikan ja farmasian tekniikan laitos, Nanjingin teknillinen yliopisto, Nanjing 211816, Kiina
Jiangsun maakunnan ilmakehäympäristön seurannan ja saasteiden torjunnan avainlaboratorio, Ilmakehäympäristön ja laiteteknologian yhteistyöhön perustuva innovaatiokeskus, Ympäristötieteiden ja -tekniikan laitos, Nanjingin informaatiotieteen ja -teknologian yliopisto, Nanjing 210044, Kiina
käsitteellistäminen, Shanshan Li; Tietojen kuratointi: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Muodollinen analyysi, Fangfang Ren ja Xin Tao; Rahoitushankinta: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha ja Zhuorui Li; Methodology, Fangfang Ren ja Weiye Chen; Hankkeen hallinto, Nan Gao; Kirjoittaminen – alkuperäinen luonnos, Fangfang Ren ja Hui Shen; Kirjoittaminen, arvostelu ja editointi: Weishou Shen, Hui Shen ja Nan Gao.
Springer Nature on puolueeton julkaistuissa kartoissa esitettyjen alueellisten vaatimusten ja institutionaalisten yhteyksien suhteen.
Springer Naturella tai sen lisenssinantajilla (esim. yhdistyksillä tai muilla kumppaneilla) on yksinoikeus tähän artikkeliin kirjoittajien tai muiden tekijänoikeuksien haltijoiden kanssa tehtyjen julkaisusopimusten mukaisesti; kirjoittajien itse julkaisemat hyväksytyt käsikirjoitusversiot tästä artikkelista ovat täysin kyseisten julkaisusopimusten ehtojen ja sovellettavan lain alaisia.