γ-Valakton potiče rast sadnica rajčice putem transkriptoma i promjena biljnih hormona | Molekularna biologija biljaka

Kako bi se smanjila ovisnost poljoprivrede o kemijskim gnojivima, raste interes za nove vrste gnojiva. Esencijalni spojevi suobećavajući stimulatori rasta.Pokazalo se da gama-valakton, hlapljivi organski spoj koji proizvodi *S. stearothermiae* NRCB010, potiče rast sadnica rajčice u sterilnim uvjetima. Stoga smo istražili učinke različitih koncentracija gama-valaktona na rast sadnica rajčice u hidroponskim i stakleničkim uvjetima, a također smo ispitali odgovarajuće promjene u transkripciji i razinama hormona. Rezultati su pokazali da tretman gama-valaktonom značajno potiče rast sadnica rajčice, s optimalnim koncentracijama od 100 mg/L i 250 mg/L u hidroponskim i stakleničkim uvjetima. Sadržaj IAA-asparaginske kiseline, IAA-glutaminske kiseline,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, indol-3-maslačna kiselina i giberelin u listovima, stabljikama i korijenju značajno su se povećali. Analiza transkriptoma otkrila je da je nakon 6 sati tretmana γ-valerolaktonom broj različito eksprimiranih gena (DEG) s povećanom ekspresijom premašio broj gena sa smanjenom ekspresijom; međutim, suprotna situacija uočena je nakon 24 sata tretmana. γ-valerolakton može potaknuti rast sadnica rajčice mehanizmima kao što su fotosinteza, signalizacija biljnih hormona i biosinteza sekundarnih metabolita. Ova studija pruža teorijsku osnovu za primjenu γ-valerolaktona kao novog regulatora rasta biljaka i postavlja temelje za razvoj visoko učinkovitih i ekološki prihvatljivih poljoprivrednih biostimulanata.

Morfološke, transkriptomske i hormonske analize pokazale su da γ-valerolakton poboljšava rast sadnica rajčice i povećava razinu hormona.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Bakterije rizosfere koje potiču rast biljaka (PGPR) kao ekološki prihvatljivi bioinokulatori: nedavni napredak, ograničenja i perspektive. Održivost 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Primjena biostimulansa na bazi tanina utječe na strukturu korijena rajčice i poboljšava toleranciju na sol. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022.) Adapterski protein UvSte50 regulira patogenost *Ustilago maydis* putem MAPK signalnog puta. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobni biostimulansi za potrebe moderne poljoprivrede: sastav, funkcije i primjena ovih inovativnih proizvoda. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Smanjena regulacija gena metabolizma ugljikohidrata pod utjecajem visokotemperaturnog stresa rezultirala je smanjenim sadržajem saharoze i škroba u listovima slanutka. Zbornik radova Indijske akademije znanosti 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dinamika, signalizacija i funkcija abscisinske kiseline u biljkama. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifikacija pretpostavljenih gena za biosintezu lignina u brezi. 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 potiče rast i razvoj sadnica rajčice reguliranjem fotosintetske sposobnosti. Međunarodni časopis za molekularne znanosti 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 i MYB85 reguliraju biosintezu fenilalanina i lignina tijekom formiranja sekundarne stanične stijenke 1 [Otvoreni pristup]. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Analiza transkriptoma otkriva ključnu ulogu egzogenog brassinolida u biosintetskom putu alkaloida 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) Abscisinska kiselina: njezina uloga u razvoju i dozrijevanju ploda. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Katabolizam aminokiselina u biljkama. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolakton: održiva energija i kemijska tekućina koja sadrži ugljik. 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) Biljni biostimulansi: mehanizmi i primjena za poboljšanje prilagodbe biljaka abiotičkom stresu. Časopis za znanost o tlu i ishranu biljaka 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abscisinska kiselina i njezina uloga u regulaciji rasta, razvoja i stabilnosti prinosa biljaka. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Signalni put MAPK Arabidopsis i njegove interakcije kao odgovor na abiotički stres. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Sinteza (R)-γ-valerata iz levulinske kiseline putem enantioselektivne kemoenzimske 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) Tiadizolin potiče otpadanje listova pamuka reguliranjem složenih interakcija između etilena, auksina i citokinina. 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) Molekularna karakterizacija porodice GH3 u lucerni pod abiotičkim stresom. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Napredak istraživanja strukture i funkcija faktora odgovora na biljni auksin. 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 transkripcijski faktor SlNAP2 regulira starenje lišća rajčice i prinos ploda. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Poljoprivredna biognojiva: koncepti, strategije i utjecaj na mikroorganizme u tlu. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) pokazali su potencijal za poboljšanje rasta biljaka i prinosa sjemena prethodnom obradom sjemena ozime pšenice bakterijskim signalom za detekciju kvoruma, N-heksanoil-L-homoserin laktona (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021.) Neprijatelj i prijatelj nerazlučivi: interakcije abscisinske kiseline i etilena pod abiotičkim stresom. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021.) usporedili su metabolite i funkcionalna svojstva različitih rajčica korištenjem metabolomike temeljene na masenoj spektrometriji. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Niske koncentracije metil jasmonata potiču rast Podocarpus macrophyllus ravnotežom između signalizacije biljnih hormona i sinteze triterpenoida. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Razlike u sekvenci ekspresije gena: analiza podataka RNA-seq. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Primjena mikrobnih bio-gnojiva u proizvodnji usjeva i poboljšanju otpornosti: pregled. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifikacija hlapljivih organskih spojeva u *Stenotrophomonas stearothermiae* za poboljšanje kolonizacije i poticanje rasta sadnica rajčice. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Ne postoji antagonistička interakcija između signalnih putova salicilne i jasmonske kiseline u topolama. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020.) Proteinske kinaze slične receptorima nalaze se uzvodno od MAPK-ova u regulaciji razvoja biljaka. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Egzogeni metil jasmonat regulira endogenu sintezu hormona u hidroponski uzgojenom poriluku kako bi potaknuo njihov rast i fotosintezu. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetska analiza relativnih uloga auksina i giberelina u regulaciji izduživanja stabljike graška pod punim svjetlom. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auksinska signalizacija: napredak istraživanja u posljednjih 30 godina. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023.) Metaboliti Pseudomonas NRCB010 induciraju specifične eksudate korijena rajčice kako bi se poboljšala kolonizacija rizosfere. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Visokoenergetski fosfatni spoj potiče rast salate pojačavanjem fotosinteze, rasta i induciranjem procesa povezanih sa sistemskom stabilnošću. 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 potiče rast biljaka i ublažava stres uzrokovan solju kod sadnica salate aktiviranjem metaboličkih putova. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Učinci egzogenog kadaverin fosfata na rast, fotosintezu i ekspresiju gena u sadnicama salate. Kineski časopis za znanost o tlu i ishranu biljaka 24(1):537–546
Izražavamo iskrenu zahvalnost Centru za visokoučinkovito računalstvo Tehnološkog sveučilišta u Nanjingu na pružanju računalnih resursa.
Ovo istraživanje podržali su Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine (32172673 i 31972503) i Projekt Platforme za obuku studenata za inovacije i poduzetništvo Tehnološkog sveučilišta u Nanjingu (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Odjel za biotehnologiju i farmaceutsko inženjerstvo, Tehnološko sveučilište u Nanjingu, Nanjing 211816, Kina
Ključni laboratorij pokrajine Jiangsu za praćenje atmosferskog okoliša i kontrolu onečišćenja, Suradnički inovacijski centar za atmosferski okoliš i tehnologiju opreme, Škola znanosti i inženjerstva okoliša, Sveučilište informacijske znanosti i tehnologije u Nanjingu, Nanjing 210044, Kina
Konceptualizacija, Shanshan Li; Kuriranje podataka: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formalna analiza, Fangfang Ren i Xin Tao; Stjecanje sredstava: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha i Zhuorui Li; Metodologija, Fangfang Ren i Weiye Chen; Administracija projekta, Nan Gao; Pisanje – izvorni nacrt, Fangfang Ren i Hui Shen; Pisanje, recenzija i uređivanje: Weishou Shen, Hui Shen i Nan Gao.
Springer Nature ostaje neutralan u pogledu teritorijalnih zahtjeva i institucionalnih pripadnosti na objavljenim kartama.
Springer Nature ili njegovi davatelji licenci (npr. udruge ili drugi partneri) imaju isključiva autorska prava na ovaj članak u skladu s ugovorima o izdavanju s autorima ili drugim nositeljima autorskih prava; samostalno objavljivanje prihvaćenih rukopisnih verzija ovog članka od strane autora u potpunosti podliježe uvjetima takvih ugovora o izdavanju i važećem zakonu.