γ-Valacton fremmer væksten af ​​tomatplanter via ændringer i transkriptom og plantehormoner | Plantemolekylærbiologi

For at mindske landbrugets afhængighed af kunstgødning er interessen for nye typer gødning stigende. Essentielle forbindelser erlovende vækstfremmere.Gamma-valacton, en flygtig organisk forbindelse produceret af *S. stearothermiae* NRCB010, har vist sig at fremme tomatkimplanters vækst under sterile forhold. Derfor undersøgte vi virkningerne af varierende koncentrationer af gamma-valacton på tomatkimplanters vækst under hydroponiske og drivhusforhold, og undersøgte også de tilsvarende ændringer i transkription og hormonniveauer. Resultaterne viste, at gamma-valactonbehandling signifikant fremmede tomatkimplanters vækst, med optimale koncentrationer på henholdsvis 100 mg/L og 250 mg/L under hydroponiske og drivhusforhold. Indholdet af IAA-asparaginsyre, IAA-glutaminsyre,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, indol-3-smørsyre og gibberellin i blade, stængler og rødder steg signifikant. Transkriptomanalyse viste, at antallet af differentielt udtrykte gener (DEG'er) med øget ekspression efter 6 timers behandling med γ-valerolacton oversteg antallet af gener med nedsat ekspression; dog blev den modsatte situation observeret efter 24 timers behandling. γ-valerolacton kan fremme væksten af ​​tomatkimplanter gennem mekanismer som fotosyntese, plantehormonsignalering og sekundær metabolitbiosyntese. Denne undersøgelse giver et teoretisk grundlag for anvendelsen af ​​γ-valerolacton som en ny plantevækstregulator og lægger grundlaget for udviklingen af ​​yderst effektive og miljøvenlige landbrugsbiostimulanter.

Morfologiske, transkriptomiske og hormonelle analyser viste, at γ-valerolacton forbedrer væksten af ​​tomatplanter og øger hormonniveauet.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Plantevækstfremmende rhizosfærebakterier (PGPR) som miljøvenlige bioinokulatorer: nylige fremskridt, begrænsninger og perspektiver. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Anvendelse af tanninbaserede biostimulanter påvirker tomatrodstrukturen og forbedrer salttolerancen. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adapterproteinet UvSte50 regulerer patogeniciteten af ​​*Ustilago maydis* gennem MAPK-signalvejen. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobielle biostimulanter til at imødekomme behovene i moderne landbrug: sammensætning, funktioner og anvendelser af disse innovative produkter. Plants-Basel 10(8):1533.
Chandel SS, Sharma KD (2023) Nedregulering af gener for kulhydratmetabolisme under høj temperaturstress resulterede i nedsat indhold af sukrose og stivelse i kikærteblade. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dynamik, signalering og funktion af abscisinsyre i planter. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifikation af formodede ligninbiosyntetiske gener i birk. 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 fremmer vækst og udvikling af tomatfrøplanter ved at regulere fotosyntesekapaciteten. 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 og MYB85 regulerer phenylalanin og lignin-bioopendannelse under sekundær cellevæggendannelse]. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272-1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Transkriptomanalyse afslører en nøglerolle for eksogent brassinolid i den alkaloidbiosyntetiske vej hos 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) Abscisinsyre: dens rolle i frugtudvikling og modning. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Aminosyrekatabolisme i planter. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolacton: en bæredygtig energi- og kulstofholdig kemisk væske. 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) Plantebiostimulanter: mekanismer og anvendelser til forbedring af planters tilpasning til abiotisk stress. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abscisinsyre og dens rolle i reguleringen af ​​plantevækst, udvikling og udbyttestabilitet. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK-signalvej og dens interaktioner som reaktion på abiotisk stress. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Syntese af (R)-γ-valerat fra levulinsyre via en enantioselektiv kemoenzymatisk metode. 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) Thiadizolin fremmer afskalning af bomuldsblade ved at regulere komplekse interaktioner mellem ethylen, auxin og cytokinin. 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) Molekylær karakterisering af GH3-familien i lucerne under abiotisk stress. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Forskningsfremskridt vedrørende strukturen og funktionerne af plante-auxinresponsfaktorer. 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-transkriptionsfaktoren SlNAP2 regulerer ældning af tomatblade og frugtudbytte. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286-1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Landbrugsbiogødning: koncepter, strategier og indvirkning på jordens mikroorganismer. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) viste potentialet til at forbedre plantevækst og frøudbytte ved at forbehandle vinterhvedefrø med det bakterielle quorum-sensing-signal N-hexanoyl-L-homoserinlacton (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Fjende og ven ikke til at skelne: interaktioner mellem abscisinsyre og ethylen under abiotisk stress. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) sammenlignede metabolitter og funktionelle egenskaber hos forskellige tomater ved hjælp af massespektrometri-baseret metabolomik. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Lave koncentrationer af methyljasmonat fremmer væksten af ​​Podocarpus macrophyllus gennem en balance mellem plantehormonsignalering og triterpenoidsyntese. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Forskelle i genekspressionssekvens: analyse af RNA-sekvensdata. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Anvendelse af mikrobiel biogødning i afgrødeproduktion og resistensforbedring: en gennemgang. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifikation af flygtige organiske forbindelser i *Stenotrophomonas stearothermiae* til forbedring af kolonisering og fremme af vækst af tomatplanter. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Der findes ingen antagonistisk interaktion mellem salicylsyre- og jasmonsyresignalveje i poppel. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Receptorlignende proteinkinaser er placeret opstrøms for MAPK'er i reguleringen af ​​planteudvikling. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Eksogent methyljasmonat regulerer endogen hormonsyntese i hydroponisk dyrkede porrer for at fremme deres vækst og fotosyntese. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetisk analyse af auxins og gibberellins relative roller i reguleringen af ​​ærtestængelforlængelse under fuldt lys. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auxinsignalering: forskningsfremskridt i løbet af de sidste 30 år. 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-metabolitter inducerer specifikke tomatrodekssudater for at øge rhizosfærens kolonisering. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) En højenergifosfatforbindelse fremmer salatvækst ved at forbedre fotosyntese, vækst og fremkalde processer relateret til systemisk stabilitet. 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 fremmer plantevækst og lindrer saltstress i salatplanter ved at aktivere metaboliske veje. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Effekter af eksogent cadaverinfosfat på vækst, fotosyntese og genekspression i salatplanter. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Vi udtrykker vores oprigtige taknemmelighed til High Performance Computing Center ved Nanjing University of Technology for at have stillet computerressourcer til rådighed for os.
Denne forskning blev støttet af National Natural Science Foundation of China (32172673 og 31972503) og projektet under Student Innovation and Entrepreneurship Training Platform ved Nanjing University of Technology (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Institut for Bioteknologi og Farmaceutisk Ingeniørvidenskab, Nanjing University of Technology, Nanjing 211816, Kina
Jiangsu Provincial Key Laboratory for Atmosfærisk Miljøovervågning og Forureningskontrol, Collaborative Innovation Center for Atmosfærisk Miljø og Udstyrsteknologi, School of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, Kina
Konceptualisering, Shanshan Li; Datakurering: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formel analyse, Fangfang Ren og Xin Tao; Finansiering erhvervelse: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha og Zhuorui Li; Metode, Fangfang Ren og Weiye Chen; Projektadministration, Nan Gao; Skrivning – originalt udkast, Fangfang Ren og Hui Shen; Skrivning, anmeldelse og redigering: Weishou Shen, Hui Shen og Nan Gao.
Springer Nature forholder sig neutral med hensyn til territoriale krav og institutionelle tilhørsforhold i offentliggjorte kort.
Springer Nature eller dets licensgivere (f.eks. foreninger eller andre partnere) har eksklusiv ophavsret til denne artikel i overensstemmelse med udgivelsesaftaler med forfatterne eller andre ophavsretsindehavere; forfatteres egen offentliggørelse af accepterede manuskriptversioner af denne artikel er fuldt ud underlagt vilkårene i sådanne udgivelsesaftaler og gældende lov.