γ-Valaktons veicina tomātu stādu augšanu, izmantojot transkriptomu un augu hormonu izmaiņas | Augu molekulārā bioloģija

Lai samazinātu lauksaimniecības atkarību no ķīmiskajiem mēslošanas līdzekļiem, pieaug interese par jauniem mēslošanas līdzekļu veidiem. Svarīgākie savienojumi irdaudzsološi augšanas veicinātāji.Ir pierādīts, ka gamma-valaktona, *S. stearothermiae* NRCB010 producēta gaistoša organiska savienojuma, iedarbība sterilos apstākļos veicina tomātu dīgstu augšanu. Tāpēc mēs pētījām dažādu gamma-valaktona koncentrāciju ietekmi uz tomātu dīgstu augšanu hidroponikas un siltumnīcas apstākļos, kā arī pārbaudījām atbilstošās transkripcijas un hormonu līmeņa izmaiņas. Rezultāti parādīja, ka apstrāde ar gamma-valaktona ievērojami veicināja tomātu dīgstu augšanu, optimālā koncentrācija hidroponikas un siltumnīcas apstākļos bija attiecīgi 100 mg/l un 250 mg/l. IAA-asparagīnskābes, IAA-glutamīnskābes satursindola-3-acetamīds, indola-3-acetonitrila, indola-3-sviestskābes un giberelīna daudzums lapās, stublājos un saknēs ievērojami palielinājās. Transkriptoma analīze atklāja, ka pēc 6 stundu ilgas γ-valerolaktona apstrādes diferenciāli ekspresēto gēnu (DEG) skaits ar palielinātu ekspresiju pārsniedza gēnu skaitu ar samazinātu ekspresiju; tomēr pēc 24 stundu ilgas apstrādes tika novērota pretēja situācija. γ-valerolaktons var veicināt tomātu stādu augšanu, izmantojot tādus mehānismus kā fotosintēze, augu hormonu signalizācija un sekundāro metabolītu biosintēze. Šis pētījums sniedz teorētisku pamatu γ-valerolaktona izmantošanai kā jaunam augu augšanas regulatoram un liek pamatus ļoti efektīvu un videi draudzīgu lauksaimniecības biostimulantu izstrādei.

Morfoloģiskās, transkriptomiskās un hormonālās analīzes parādīja, ka γ-valerolaktons uzlabo tomātu stādu augšanu un paaugstina hormonu līmeni.
Basu A., Prasads P., Dass S. N., Kalams S., Saīds R. Z., Redijs M. S., Els Enšasi H. (2021) Augu augšanu veicinošas rizosfēras baktērijas (PGPR) kā videi draudzīgi bioinokulatori: jaunākie sasniegumi, ierobežojumi un perspektīvas. Ilgtspējība 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Uz tanīniem balstītu biostimulantu lietošana ietekmē tomātu sakņu struktūru un uzlabo sāls toleranci. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adaptera proteīns UvSte50 regulē *Ustilago maydis* patogenitāti, izmantojot MAPK signālu ceļu. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobu biostimulanti mūsdienu lauksaimniecības vajadzību apmierināšanai: šo inovatīvo produktu sastāvs, funkcijas un pielietojums. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Ogļhidrātu metabolisma ceļu gēnu regulācijas samazināšana augstas temperatūras stresa apstākļos izraisīja samazinātu saharozes un cietes saturu turku zirņu lapās. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449.
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Abscisīnskābes dinamika, signalizācija un funkcija augos. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Iespējamo lignīna biosintēzes gēnu identificēšana bērzā. 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 veicina tomātu stādu augšanu un attīstību, regulējot fotosintēzes spēju. International Journal of Molecular Sciences 25(2):1336
Gen Peng, Zhang Shuai, Liu Ji, Zhao Chao, Wu Jun, Cao Yong, Fu Chao, Han Xin, He Hui, Zhao Qiang (2020) MYB20, MYB42, MYB43 un MYB85 regulē fenilalanīna un lignīna sekundārās biosintēzes veidošanās laikā. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Transkriptoma analīze atklāj eksogēnā brassinolīda galveno lomu Pinellia ternata alkaloīdu biosintēzes ceļā. 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) Abscisīnskābe: tās loma augļu attīstībā un nogatavošanā. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Aminoskābju katabolisms augos. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolaktons: ilgtspējīga enerģija un oglekli saturošs ķīmiskais šķidrums. 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) Augu biostimulanti: mehānismi un pielietojums augu adaptācijas uzlabošanai abiotiskajam stresam. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690.

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abscisīnskābe un tās loma augu augšanas, attīstības un ražas stabilitātes regulēšanā. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295.
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK signālceļš un tā mijiedarbība, reaģējot uz abiotisko stresu. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lī D., Jons J. Dž. (2020) (R)-γ-valerāta sintēze no levulīnskābes, izmantojot enantioselektīvu hemoenzimātisku metodi. Process Biochem 90:113–117
Li F, Vu C, Liao B, Ju K, Ho Y, Meng L, Wang S, Wang B, Du M, Tian X, Li Z (2022) Tiadizolīns veicina kokvilnas lapu atdalīšanos, regulējot sarežģīto mijiedarbību starp etilēnu, auksīnu un citokinīnu. 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 saimes molekulārā raksturošana lucernā abiotiskā stresa apstākļos. Gene 851:146982
Li Jans, Haņs Šuai, Cji Jons (2023b) Pētījumu progress par augu auksīnu atbildes faktoru struktūru un funkcijām. Integratīvās augu bioloģijas žurnāls 65(3):617–632.
Ma X, Zhang Y, Tureckova V, Xue GP, Ferney AR, Müller-Robert B, Balazadeh S (2018) NAC transkripcijas faktors SlNAP2 regulē tomātu lapu novecošanos un augļu ražu. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Lauksaimniecības biomēslojumi: koncepcijas, stratēģijas un ietekme uz augsnes mikroorganismiem. Progress in Agriculture 162:31–87
Mošinets O. V., Babenko L. M., Rogalskis S. P., Džungins O. S., Fosters Dž., Kosakivska I. V., Poters Dž., Spīrsa A. Dž. (2019) parādīja potenciālu uzlabot augu augšanu un sēklu ražu, iepriekš apstrādājot ziemas kviešu sēklas ar baktēriju kvoruma noteikšanas signālu N-heksanoil-L-homoserīna laktonu (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Millers M. (2021) Ienaidnieks un draugs neatšķirami: abscisīnskābes un etilēna mijiedarbība abiotiskā stresa apstākļos. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) salīdzināja dažādu tomātu metabolītus un funkcionālās īpašības, izmantojot uz masas spektrometriju balstītu metabolomiku. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Zema metiljasmonāta koncentrācija veicina Podocarpus macrophyllus augšanu, izmantojot līdzsvaru starp augu hormonu signalizāciju un triterpenoīdu sintēzi. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovičs P. V., Košijs P. (2022) Atšķirības gēnu ekspresijas secībā: RNS sekvencēšanas datu analīze. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Mikrobiālo biomēslu izmantošana kultūraugu audzēšanā un rezistences uzlabošanā: apskats. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Gaistošo organisko savienojumu identificēšana *Stenotrophomonas stearothermiae* kolonizācijas veicināšanai un tomātu stādu augšanas veicināšanai. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S., Schmidt A., Reichelt M., Tsai SJ, Gershenzon J. (2022) Papeles organismos nav antagonistiskas mijiedarbības starp salicilskābes un jasmonskābes signālceļiem. New Botanist 235(2):701–717.
Vans Džičiangs, Gou Sjaoduns (2020). Receptoriem līdzīgās proteīnkināzes atrodas augšpus MAPK augu attīstības regulācijā. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638.
Vans Čao, Džans Dzje, Li Dzje, Sje Džuns, Čajs Cjans (2024) Eksogēnais metiljasmonāts regulē endogēno hormonu sintēzi hidroponiski audzētos puravos, lai veicinātu to augšanu un fotosintēzi. Dārzkopības zinātne 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Auksīna un giberelīna relatīvo lomu ģenētiskā analīze zirņu stublāja pagarināšanās regulēšanā pilnā apgaismojumā. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Ju Z., Džans F., Frimls Dž., Dins Z. (2022) Auksīna signalizācija: pētījumu progress pēdējo 30 gadu laikā. 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 metabolīti inducē specifiskus tomātu sakņu eksudātus, lai uzlabotu rizosfēras kolonizāciju. 13(5):664
Džou Čao, Li Šuai, Džens Jons, Lei Pens, Čens Jons, Jins Hua, Gao Nins (2022) Augstas enerģijas fosfātu savienojums veicina salātu augšanu, uzlabojot fotosintēzi, augšanu un inducējot procesus, kas saistīti ar sistēmisko stabilitāti. Augsnes zinātnes un augu uztura žurnāls 22(2):1955–1969.
Džou S., Šeņs H., Jans S., Ma S., Lengs Dž., Suns J., Gao N. (2024a) Acetoīns veicina augu augšanu un mazina sāls stresu salātu stādos, aktivizējot vielmaiņas ceļus. Plants-Basel 13(23):3312
Džou Čao, Džens Jons, Lens Džuns, Ma Čao, Niu Hui, Čens Jons, Jins Hui, Gao Nins (2024b) Eksogēnā kadaverīna fosfāta ietekme uz salātu stādu augšanu, fotosintēzi un gēnu ekspresiju. Ķīniešu augsnes zinātnes un augu uztura žurnāls 24(1):537–546.
Mēs izsakām sirsnīgu pateicību Naņdzjinas Tehnoloģiju universitātes Augstas veiktspējas skaitļošanas centram par skaitļošanas resursu nodrošināšanu.
Šo pētījumu atbalstīja Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds (32172673 un 31972503) un Naņdzjinas Tehnoloģiju universitātes Studentu inovāciju un uzņēmējdarbības apmācības platformas projekts (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Biotehnoloģijas un farmācijas inženierijas katedra, Naņdzjinas Tehnoloģiju universitāte, Naņdzjina 211816, Ķīna
Dzjansu provinces Atmosfēras vides monitoringa un piesārņojuma kontroles galvenā laboratorija, Atmosfēras vides un iekārtu tehnoloģiju sadarbības inovāciju centrs, Vides zinātnes un inženierzinātņu skola, Naņdzjinas Informācijas zinātnes un tehnoloģiju universitāte, Naņdzjina 210044, Ķīna
Konceptualizācija, Shanshan Li; Datu pārzināšana: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formālā analīze, Fangfang Ren un Xin Tao; Finansējuma iegūšana: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha un Zhuorui Li; Metodoloģija, Fangfang Ren un Weiye Chen; Projekta administrācija, Nan Gao; Rakstīšana – oriģinālais melnraksts, Fangfang Ren un Hui Shen; Rakstīšana, pārskatīšana un rediģēšana: Weishou Shen, Hui Shen un Nan Gao.
Springer Nature saglabā neitrālu nostāju attiecībā uz teritoriālajām prasībām un institucionālo piederību publicētajās kartēs.
Saskaņā ar publicēšanas līgumiem ar autoriem vai citiem autortiesību īpašniekiem Springer Nature vai tās licences devējiem (piemēram, asociācijām vai citiem partneriem) pieder ekskluzīvas autortiesības uz šo rakstu; autoru pašu publicētas akceptētas šī raksta manuskripta versijas ir pilnībā pakļautas šādu publicēšanas līgumu noteikumiem un piemērojamajiem tiesību aktiem.