γ-valaktonas skatina pomidorų daigų augimą per transkriptomą ir augalų hormonų pokyčius | Augalų molekulinė biologija

Siekiant sumažinti žemės ūkio priklausomybę nuo cheminių trąšų, auga susidomėjimas naujų rūšių trąšomis. Svarbiausi junginiai yraperspektyvūs augimo stimuliatoriai.Gama-valaktonas, lakusis organinis junginys, kurį gamina *S. stearothermiae* NRCB010, skatina pomidorų daigų augimą steriliomis sąlygomis. Todėl ištyrėme įvairių gama-valaktono koncentracijų poveikį pomidorų daigų augimui hidroponikos ir šiltnamio sąlygomis, taip pat ištyrėme atitinkamus transkripcijos ir hormonų lygio pokyčius. Rezultatai parodė, kad gama-valaktono apdorojimas reikšmingai skatino pomidorų daigų augimą, optimalios 100 mg/l ir 250 mg/l koncentracijos hidroponikos ir šiltnamio sąlygomis. IAA-asparto rūgšties, IAA-glutamo rūgšties,indol-3-acetamidas, indolo-3-acetonitrilo, indolo-3-sviesto rūgšties ir giberelino kiekis lapuose, stiebuose ir šaknyse žymiai padidėjo. Transkriptomo analizė parodė, kad po 6 valandų apdorojimo γ-valerolaktonu skirtingai ekspresuojamų genų (DEG) skaičius su padidėjusia raiška viršijo genų, kurių raiška sumažėjusi, skaičių; tačiau po 24 valandų apdorojimo pastebėta priešinga situacija. γ-valerolaktonas gali skatinti pomidorų daigų augimą tokiais mechanizmais kaip fotosintezė, augalų hormonų signalizacija ir antrinių metabolitų biosintezė. Šis tyrimas pateikia teorinį pagrindą γ-valerolaktono, kaip naujo augalų augimo reguliatoriaus, taikymui ir kloja pamatus labai veiksmingų ir aplinkai nekenksmingų žemės ūkio biostimuliantų kūrimui.

Morfologinė, transkriptominė ir hormoninė analizė parodė, kad γ-valerolaktonas gerina pomidorų daigų augimą ir padidina hormonų kiekį.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Augalų augimą skatinančios rizosferos bakterijos (PGPR) kaip ekologiški bioinokuliatoriai: naujausi pasiekimai, apribojimai ir perspektyvos. Tvarumas 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Taninų pagrindu pagamintų biostimuliatorių naudojimas veikia pomidorų šaknų struktūrą ir pagerina druskos toleranciją. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adapterio baltymas UvSte50 reguliuoja *Ustilago maydis* patogeniškumą per MAPK signalizacijos kelią. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobiniai biostimuliantai, skirti šiuolaikinio žemės ūkio poreikiams tenkinti: šių novatoriškų produktų sudėtis, funkcijos ir pritaikymas. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Angliavandenių metabolizmo kelio genų reguliacijos sumažinimas esant aukštai temperatūrai lėmė sumažėjusį sacharozės ir krakmolo kiekį avinžirnių lapuose. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449.
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Abscizinės rūgšties dinamika, signalizacija ir funkcija augaluose. J Integr Plant Biol 62(1):25–54.
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Galimų lignino biosintezės genų identifikavimas berže. 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 skatina pomidorų sodinukų augimą ir vystymąsi reguliuodamas fotosintezės pajėgumus. 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 ir MYB85 reguliuoja fenilalanino ir lignino susidarymą vykstant antrinei biosintezei. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Transkriptomo analizė atskleidžia pagrindinį egzogeninio brassinolido vaidmenį Pinellia ternata alkaloidų biosintezės kelyje. Tarptautinis molekulinių mokslų žurnalas 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) Abscisinė rūgštis: jos vaidmuo vaisių vystymesi ir nokimo procese. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Aminorūgščių katabolizmas augaluose. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolaktonas: tvari energija ir anglies turintis cheminis skystis. 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) Augalų biostimuliantai: mechanizmai ir pritaikymas augalų prisitaikymui prie abiotinio streso gerinti. Dirvožemio mokslo ir augalų mitybos žurnalas 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abscizinė rūgštis ir jos vaidmuo reguliuojant augalų augimą, vystymąsi ir derliaus stabilumą. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295.
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK signalizacijos kelias ir jo sąveika reaguojant į abiotinį stresą. Augalų biochemijos ir biotechnologijos žurnalas 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) (R)-γ-valerato sintezė iš levulino rūgšties enantioselektyviu chemofermentiniu metodu. 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) Tiadizolinas skatina medvilnės lapų kritimąsi reguliuodamas sudėtingas sąveikas tarp etileno, auksino ir citokinino. Tarptautinis molekulinių mokslų žurnalas 23(5):2696
Li J, Min S, Luo Q, Abdoulaye AH, Zhang S, Huang W, Zhang R, Chen Y (2023a) GH3 šeimos molekulinė charakteristika liucernoje abiotinio streso sąlygomis. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Tyrimų pažanga, susijusi su augalų auksinų atsako faktorių struktūra ir funkcijomis. „Integrative Plant Biology“ žurnalas 65(3):617–632.
Ma X, Zhang Y, Tureckova V, Xue GP, Ferney AR, Müller-Robert B, Balazadeh S (2018) NAC transkripcijos faktorius SlNAP2 reguliuoja pomidorų lapų senėjimą ir vaisių derlių. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Žemės ūkio biotrąšos: koncepcijos, strategijos ir poveikis dirvožemio mikroorganizmams. „Progress in Agriculture“ 162:31–87.
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) parodė, kad žieminių kviečių sėklas galima iš anksto apdoroti bakterijų kvorumo jutimo signalu N-heksanoil-L-homoserino laktonu (C6-HSL), kad būtų galima pagerinti augalų augimą ir sėklų derlių. PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Priešo ir draugo neatskiriami: abscizinės rūgšties ir etileno sąveika abiotinio streso metu. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) palygino skirtingų pomidorų metabolitus ir funkcines savybes, naudodami masių spektrometrija pagrįstą metabolomiką. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Mažos metil jazmonato koncentracijos skatina Podocarpus macrophyllus augimą, palaikydamos pusiausvyrą tarp augalų hormonų signalizacijos ir triterpenoidų sintezės. Augalų augimo reguliavimas 101(1):187–199.
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Genų raiškos sekos skirtumai: RNR sekoskaitos duomenų analizė. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Mikrobinių biotrąšų taikymas augalų auginime ir atsparumo didinimas: apžvalga. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Lakiųjų organinių junginių, esančių *Stenotrophomonas stearothermiae* bakterijose, identifikavimas, siekiant sustiprinti kolonizaciją ir skatinti pomidorų daigų augimą. Taikomosios mikrobiologijos žurnalas 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Tuopose nėra antagonistinės sąveikos tarp salicilo ir jazmono rūgščių signalizacijos kelių. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Receptorių tipo baltymų kinazės yra prieš MAPK, reguliuojant augalų vystymąsi. Tarptautinis molekulinių mokslų žurnalas 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Egzogeninis metilas jazmonatas reguliuoja endogeninių hormonų sintezę hidroponiškai auginamuose poruose, skatindamas jų augimą ir fotosintezę. Sodininkystės mokslas 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Auksino ir giberelino santykinių vaidmenų, reguliuojant žirnių stiebų pailgėjimą esant visiškam apšvietimui, genetinė analizė. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auksino signalizacija: tyrimų pažanga per pastaruosius 30 metų. 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 metabolitai sukelia specifinius pomidorų šaknų eksudatus, kad sustiprintų rizosferos kolonizaciją. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Didelės energijos fosfato junginys skatina salotų augimą, stiprindamas fotosintezę, augimą ir indukuodamas su sisteminiu stabilumu susijusius procesus. Dirvožemio mokslo ir augalų mitybos žurnalas 22(2):1955–1969.
Zhou X, Shen H, Yan X, Ma X, Leng J, Sun Y, Gao N (2024a) Acetoinas skatina augalų augimą ir mažina druskos stresą salotų daiguose, aktyvuodamas medžiagų apykaitos takus. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Egzogeninio kadaverino fosfato poveikis salotų daigų augimui, fotosintezei ir genų raiškai. Kinijos dirvožemio mokslo ir augalų mitybos žurnalas 24(1):537–546.
Reiškiame nuoširdžią padėką Nandzingo technologijos universiteto Didelio našumo skaičiavimo centrui už mums suteiktus skaičiavimo išteklius.
Šį tyrimą rėmė Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas (32172673 ir 31972503) ir Nandzingo technologijos universiteto Studentų inovacijų ir verslumo mokymo platformos projektas (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Biotechnologijos ir farmacijos inžinerijos katedra, Nandzingo technologijos universitetas, Nandzingas 211816, Kinija
Dziangsu provincijos pagrindinė atmosferos aplinkos stebėsenos ir taršos kontrolės laboratorija, Bendradarbiavimo inovacijų centras atmosferos aplinkos ir įrangos technologijų srityje, Aplinkos mokslų ir inžinerijos mokykla, Nandzingo informacijos mokslų ir technologijų universitetas, Nandzingas 210044, Kinija
Konceptualizavimas, Shanshan Li; Duomenų kuravimas: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formali analizė, Fangfang Ren ir Xin Tao; Finansavimo įsigijimas: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha ir Zhuorui Li; Metodika, Fangfang Ren ir Weiye Chen; Projekto administracija, Nan Gao; Rašymas – originalus juodraštis, Fangfang Ren ir Hui Shen; Rašymas, apžvalga ir redagavimas: Weishou Shen, Hui Shen ir Nan Gao.
„Springer Nature“ neprisiima jokios atsakomybės už teritorinius teiginius ir institucijų priklausomybę paskelbtuose žemėlapiuose.
„Springer Nature“ arba jos licencijų davėjai (pvz., asociacijos ar kiti partneriai) turi išimtines autorių teises į šį straipsnį pagal leidybos sutartis su autoriais ar kitais autorių teisių savininkais; autorių savarankiškai publikuojamos priimtos šio straipsnio rankraščio versijos visiškai reglamentuojamos tokių leidybos sutarčių sąlygomis ir taikomais įstatymais.