Unikonatsolion triatsolikasvien kasvunsäätelijäjota käytetään laajalti kasvien korkeuden säätelyyn ja taimien liikakasvun estämiseen. Molekyylitason mekanismi, jolla unikonatsoli estää taimien hypokotyylin pidentymistä, on kuitenkin edelleen epäselvä, ja on vain muutamia tutkimuksia, jotka yhdistävät transkriptomi- ja metabolomidataa hypokotyylin pidentymisen mekanismin tutkimiseksi. Tässä tutkimuksessa havaitsimme, että unikonatsoli esti merkittävästi hypokotyylin pidentymistä kiinankaalitaimissa. Mielenkiintoista on, että yhdistetyn transkriptomi- ja metabolomianalyysin perusteella havaitsimme, että unikonatsoli vaikutti merkittävästi "fenyylipropanoidien biosynteesi" -reittiin. Tässä reitissä vain yksi entsyymiä säätelevien geenien perheestä, BrPAL4, joka osallistuu ligniinin biosynteesiin, oli merkittävästi vähentynyt. Lisäksi hiivan yksihybridi- ja kaksihybridimääritykset osoittivat, että BrbZIP39 kykeni sitoutumaan suoraan BrPAL4:n promoottorialueeseen ja aktivoimaan sen transkription. Viruksen indusoima geenien hiljentämisjärjestelmä osoitti edelleen, että BrbZIP39 kykeni positiivisesti säätelemään kiinankaalien hypokotyylin pidentymistä ja hypokotyyliligniinisynteesiä. Tämän tutkimuksen tulokset tarjoavat uusia näkemyksiä klokonatsolin molekyylitason säätelymekanismista kiinankaalien hypokotyylin pidentymisen estämisessä. Ensimmäistä kertaa vahvistettiin, että klokonatsoli alensi ligniinipitoisuutta estämällä BrbZIP39-BrPAL4-moduulin välittämää fenyylipropanoidin synteesiä, mikä johti kiinankaalin taimien hypokotyylikasvuun.
Kiinankaali (Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee) kuuluu Brassica-sukuun ja on tunnettu yksivuotinen ristikukkainen vihannes, jota viljellään laajalti maassani (Wang et al., 2022; Yue et al., 2022). Viime vuosina kiinankaalien tuotantomittakaava on jatkuvasti laajentunut, ja viljelymenetelmä on muuttunut perinteisestä suorakylvöstä intensiiviseen taimiviljelyyn ja istutukseen. Intensiivisen taimiviljelyn ja istutuksen prosessissa liiallinen hypokotyylin kasvu kuitenkin johtaa pitkäjalkaisten taimien kasvuun, mikä johtaa heikkoon taimien laatuun. Siksi liiallisen hypokotyylin kasvun torjunta on polttava kysymys kiinankaalien intensiivisessä taimiviljelyssä ja istutuksessa. Tällä hetkellä on olemassa vain vähän tutkimuksia, joissa yhdistetään transkriptomiikka- ja metabolomiikkatietoja hypokotyylin pidentymisen mekanismin tutkimiseksi. Molekyylimekanismia, jolla klorantatsoli säätelee hypokotyylin laajenemista kiinankaalissa, ei ole vielä tutkittu. Tavoitteenamme oli tunnistaa, mitkä geenit ja molekyylireitit reagoivat unikonatsolin aiheuttamaan hypokotyylin kasvuun kiinankaalissa. Käyttämällä transkriptomi- ja metabolomiikka-analyysejä sekä hiivan yksihybridianalyysiä, kaksoislusiferaasimääritystä ja virusten indusoimaa geenien hiljentämismääritystä (VIGS) havaitsimme, että unikonatsoli voi indusoida hypokotyylin kasvua kiinankaalissa estämällä ligniinin biosynteesiä kiinankaalin taimissa. Tuloksemme antavat uutta tietoa molekyylitason säätelymekanismista, jolla unikonatsoli estää hypokotyylin pidentymistä kiinankaalissa estämällä BrbZIP39–BrPAL4-moduulin välittämää fenyylipropanoidien biosynteesiä. Näillä tuloksilla voi olla tärkeitä käytännön vaikutuksia kaupallisten taimien laadun parantamiseen ja vihannesten sadon ja laadun varmistamiseen.
Täyspitkä BrbZIP39 ORF insertoitiin pGreenll 62-SK:hon efektorin luomiseksi, ja BrPAL4-promoottorifragmentti fuusioitiin pGreenll 0800 -lusiferaasi (LUC) -reportterigeeniin reportterigeenin luomiseksi. Efektori- ja reportterigeenivektorit transformoitiin yhdessä tupakan (Nicotiana benthamiana) lehtiin.
Selventääksemme metaboliittien ja geenien välisiä suhteita suoritimme yhteismetabolomi- ja transkriptomianalyysin. KEGG-reitin rikastusanalyysi osoitti, että differentiaalisesti sitoutuneet (DEG) ja DAM-molekyylit rikastuivat yhdessä 33 KEGG-reitillä (kuva 5A). Näistä "fenyylipropanoidien biosynteesi" -reitti oli merkittävin rikastunut; "fotosynteettinen hiilensidonta" -reitti, "flavonoidien biosynteesi" -reitti, "pentoosi-glukuronihapon interkonversio" -reitti, "tryptofaanimetabolia" -reitti ja "tärkkelys-sakkaroosimetabolia" -reitti olivat myös merkittävästi rikastuneita. Lämpöklusterikartta (kuva 5B) osoitti, että differentiaalisesti sitoutuneisiin DAM-molekyyleihin liittyvät molekyylit jaettiin useisiin luokkiin, joista flavonoidit olivat suurin luokka, mikä osoittaa, että "fenyylipropanoidien biosynteesi" -reitillä oli ratkaiseva rooli hypokotyylikääpiökasvussa.
Kirjoittajat vakuuttavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, joita voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.
Kaikki tässä artikkelissa esitetyt mielipiteet ovat yksinomaan kirjoittajan omia eivätkä välttämättä vastaa muiden organisaatioiden, kustantajien, toimittajien tai arvioijien näkemyksiä. Julkaisija ei takaa tai tue tässä artikkelissa arvioituja tuotteita tai niiden valmistajien esittämiä väitteitä.
Julkaisun aika: 24.3.2025