γ-Валактон способствует росту рассады томатов посредством изменений транскриптома и растительных гормонов | Молекулярная биология растений

Для снижения зависимости сельского хозяйства от химических удобрений растёт интерес к новым видам удобрений. К основным соединениям относятся:перспективные стимуляторы роста.Гамма-валактон, летучее органическое соединение, продуцируемое *S. stearothermiae* NRCB010, как было показано, способствует росту рассады томатов в стерильных условиях. Поэтому мы исследовали влияние различных концентраций гамма-валактона на рост рассады томатов в гидропонных и тепличных условиях, а также изучили соответствующие изменения в уровнях транскрипции и гормонов. Результаты показали, что обработка гамма-валактоном значительно способствовала росту рассады томатов, при этом оптимальные концентрации составляли 100 мг/л и 250 мг/л в гидропонных и тепличных условиях соответственно. Содержание ИУК (аспарагиновой кислоты), ИУК (глутаминовой кислоты),индол-3-ацетамидСодержание индол-3-ацетонитрила, индол-3-масляной кислоты и гиббереллина в листьях, стеблях и корнях значительно увеличилось. Транскриптомный анализ показал, что после 6 часов обработки γ-валеролактоном количество дифференциально экспрессируемых генов (ДЭГ) с повышенной экспрессией превысило количество генов с пониженной экспрессией; однако после 24 часов обработки наблюдалась противоположная ситуация. γ-валеролактон может стимулировать рост рассады томата посредством таких механизмов, как фотосинтез, передача сигналов растительных гормонов и биосинтез вторичных метаболитов. Данное исследование предоставляет теоретическую основу для применения γ-валеролактона в качестве нового регулятора роста растений и закладывает фундамент для разработки высокоэффективных и экологически чистых сельскохозяйственных биостимуляторов.

Морфологический, транскриптомный и гормональный анализы показали, что γ-валеролактон улучшает рост рассады томатов и повышает уровень гормонов.
Басу А, Прасад П, Дас СН, Калам С, Сайед РЗ, ​​Редди МС, Эль Эншаси Х (2021) Растительные ризосферные бактерии, способствующие росту (PGPR), как экологически чистые биоинокуляторы: последние достижения, ограничения и перспективы. Устойчивость 13(3): 1140
Кампобенедетто С, Маннино Г, Биквайлдер Дж, Контартесс В, Карлова Р, Бертеа КМ (2021) Применение биостимуляторов на основе танинов влияет на структуру корней томата и повышает солеустойчивость. Sci Rep 11(1):354
Цао Хун, Гонг Хун, Сун Тао, Юй Мин, Пан Синь, Ю Цзюань, Ци Чжи, Ду Янь, Лю Янь (2022) Адаптерный белок UvSte50 регулирует патогенность *Ustilago maydis* через сигнальный путь MAPK. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Кастильоне А.М., Маннино Г., Контартесс В., Бертеа К.М., Эртани А. (2021) Микробные биостимуляторы для удовлетворения потребностей современного сельского хозяйства: состав, функции и применение этих инновационных продуктов. Plants-Basel 10(8):1533
Чандел С.С., Шарма К.Д. (2023) Снижение активности генов пути метаболизма углеводов при высокотемпературном стрессе привело к уменьшению содержания сахарозы и крахмала в листьях нута. Труды Индийской академии наук 46(5):445–449
Чен К., Ли Г.Дж., Брессан Р.А., Сонг К.П., Чжу Дж.К., Чжао Ю. (2020a) Динамика, сигнализация и функция абсцизовой кислоты в растениях. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Чен С, Чжао Ю, Чжао Х, Чен С (2020b) Идентификация предполагаемых генов биосинтеза лигнина у березы. Структура и функция древесины 34(5):1255–1265
Дин З, Яо Й, Яо К, Хоу Х, Чжан З, Хуан Й, Ван С, Ляо В (2024) SlSERK3B способствует росту и развитию рассады томатов путем регулирования фотосинтетической способности. Международный журнал молекулярных наук 25(2):1336
Гэн Пэн, Чжан Шуай, Лю Цзе, Чжао Чао, У Цзюнь, Цао Юн, Фу Чао, Хань Синь, Хэ Хуэй, Чжао Цян (2020) MYB20, MYB42, MYB43 и MYB85 регулируют биосинтез фенилаланина и лигнина во время формирования вторичной клеточной стенки 1 [Открытый доступ]. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283.
Го Ч., Чен И., У Д., Ду И., Ван М., Лю Ч., Чу Дж., Яо С. (2022) Транскриптомный анализ выявляет ключевую роль экзогенного брассинолида в пути биосинтеза алкалоидов Pinellia ternata. Международный журнал молекулярных наук 23(18):10898
Гупта К., Вани Ш.Х., Разак А., Скалицки М., Самантара К., Гупта С., Пандита Д., Гоэль С., Гревал С., Хейнак В., Шив А., Эль-Сабрут А.М., Элансари Х.О., Алаклаби А., Брестик М. (2022) Абсцизовая кислота: ее роль в развитии и созревании плодов. Front Plant Sci 13:817500
Хильдебрандт Т.М., Неси А.Н., Араужо В.Л., Браун Х.П. (2015) Катаболизм аминокислот в растениях. Mol Plant 8(11):1563–1579
Хорват ИТ, Мехди Х, Фабос В, Бода Л, Мика ЛТ (2008) γ-велолактон: устойчивая энергетическая и углеродсодержащая химическая жидкость. Green Chem 10(2):238–242
Халид Ф., Рашид Й., Асиф К., Ашраф Х., Максуд М.Ф., Шахбаз М., Зульфикар У., Сардар Р., Хайдер Ф.В. (2024) Биостимуляторы растений: механизмы и области применения для повышения адаптации растений к абиотическому стрессу. Журнал почвоведения и питания растений 24:6641–6690

Кишор П.Б.К., Тиозоне Р.Н. мл., Ферни А.Р., Шринивасулу Н. (2022) Абсцизовая кислота и ее роль в регулировании роста, развития и стабильности урожая растений. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Кумар К., Райна С.К., Султан С.М. (2020) Сигнальный путь MAPK у Arabidopsis и его взаимодействия в ответ на абиотический стресс. Журнал биохимии и биотехнологии растений 29(4):700–714
Ли Д., Ён Ю.Дж. (2020) Синтез (R)-γ-валерата из левулиновой кислоты с помощью энантиоселективного хемоферментативного метода. Process Biochem 90:113–117
Ли Ф, У Ч, Ляо Б, Ю К, Хо Ю, Мэн Л, Ван С, Ван Б, Ду М, Тянь С, Ли Ч (2022) Тиадизолин способствует опадению листьев хлопчатника, регулируя сложные взаимодействия между этиленом, ауксином и цитокинином. Международный журнал молекулярных наук 23(5):2696
Ли Дж., Мин С., Ло Ц., Абдулайе А.Х., Чжан С., Хуан В., Чжан Р., Чен И. (2023a) Молекулярная характеристика семейства GH3 у люцерны в условиях абиотического стресса. Gene 851:146982
Ли Янь, Хань Шуай, Ци Юн (2023b) Прогресс исследований структуры и функций факторов ответа растений на ауксин. Журнал интегративной биологии растений 65(3):617–632
Ма Х, Чжан Ю, Турецкова В, Сюэ Г.П., Ферни А.Р., Мюллер-Роберт Б., Балазаде С. (2018) Фактор транскрипции NAC SlNAP2 регулирует старение листьев томата и урожайность плодов. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Мачик М., Грыта А., Фрак М. (2020) Сельскохозяйственные биоудобрения: концепции, стратегии и влияние на почвенные микроорганизмы. Прогресс в сельском хозяйстве 162:31–87
Мошинец ОВ, Бабенко ЛМ, Рогальский СП, Юнгин ОС, Фостер Дж, Косакивска ИВ, Поттерс Г, Спирс АДж (2019) показали потенциал улучшения роста растений и урожайности семян путем предварительной обработки семян озимой пшеницы бактериальным сигналом кворум-сенсинга N-гексаноил-L-гомосеринлактоном (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Мюллер М. (2021) Враг и друг неразличимы: взаимодействие абсцизовой кислоты и этилена в условиях абиотического стресса. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) сравнили метаболиты и функциональные свойства различных томатов с помощью метаболомики на основе масс-спектрометрии. Front Nutr 8:659646
Нин И, Дин Юнкан, Чан Юнхун, Чжан Шуай, Ань Хаймин, Фу Юнцзюнь (2023) Низкие концентрации метилжасмоната способствуют росту Podocarpus macrophyllus за счет баланса между сигнализацией растительных гормонов и синтезом тритерпеноидов. Регуляция роста растений 101(1):187–199
Павлович П.В., Коши П. (2022) Различия в последовательности экспрессии генов: анализ данных РНК-секвенирования. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Применение микробных биоудобрений в растениеводстве и повышении устойчивости: обзор. Agric Basel 13(9):1666
Рен Фэн, Лю Нин, Гао Бин, Шэнь Хуэй, Ли Шуай, Ли Ли, Чжэн Дан, Шэнь Вэй, Гао Нин (2024) Идентификация летучих органических соединений в *Stenotrophomonas stearothermiae* для усиления колонизации и стимулирования роста рассады томатов. Журнал прикладной микробиологии 135(10):lxae248
Уллах С., Шмидт А., Райхельт М., Цай С. Дж., Гершензон Дж. (2022) Между сигнальными путями салициловой и жасмоновой кислот у тополя не существует антагонистического взаимодействия. New Botanist 235(2):701–717
Ван Чжицян, Гоу Сяодун (2020) Рецептороподобные протеинкиназы расположены выше MAP-киназ в регуляции развития растений. Международный журнал молекулярных наук 21(20):7638
Ван Чао, Чжан Цзе, Ли Цзе, Се Цзюнь, Чай Цян (2024) Экзогенный метилжасмонат регулирует синтез эндогенных гормонов в луке-порее, выращенном гидропонным методом, способствуя его росту и фотосинтезу. Horticultural Science 327:112861
Янг Т., Дэвис П. Дж., Рейд Дж. Б. (1996) Генетический анализ относительной роли ауксина и гиббереллина в регуляции удлинения стебля гороха при полном освещении. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Ю З, Чжан Ф, Фримл Дж, Дин З (2022) Сигнализация ауксина: прогресс исследований за последние 30 лет. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Чжан Хуа, Чжэн Дань, Ху Чао, Ченг Вэй, Лэй Пэн, Сюй Хуэй, Гао Нин (2023) Метаболиты Pseudomonas NRCB010 индуцируют специфический корневой экссудат томата, усиливая колонизацию ризосферы. 13(5):664
Чжоу Чао, Ли Шуай, Чжэн Юн, Лэй Пэн, Чэнь Юн, Ин Хуа, Гао Нин (2022) Высокоэнергетическое фосфатное соединение способствует росту салата, усиливая фотосинтез, рост и стимулируя процессы, связанные с системной стабильностью. Журнал почвоведения и питания растений 22(2):1955–1969
Чжоу Х, Шен Х, Янь Х, Ма Х, Ленг Дж, Сунь И, Гао Н (2024a) Ацетоин способствует росту растений и снижает солевой стресс у рассады салата путем активации метаболических путей. Plants-Basel 13(23):3312
Чжоу Чао, Чжэн Юн, Лэн Цзюнь, Ма Чао, Ню Хуэй, Чэнь Юн, Ин Хуэй, Гао Нин (2024b) Влияние экзогенного кадаверинфосфата на рост, фотосинтез и экспрессию генов у рассады салата. Китайский журнал почвоведения и питания растений 24(1):537–546
Мы выражаем искреннюю благодарность Центру высокопроизводительных вычислений Нанкинского технологического университета за предоставление нам вычислительных ресурсов.
Данное исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (32172673 и 31972503) и проектом Платформы подготовки студентов к инновационным и предпринимательским проектам Нанкинского технологического университета (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Кафедра биотехнологии и фармацевтической инженерии, Нанкинский технологический университет, Нанкин 211816, Китай
Ключевая лаборатория провинции Цзянсу по мониторингу атмосферной среды и контролю загрязнения, Центр совместных инноваций в области атмосферной среды и технологий оборудования, Школа наук об окружающей среде и инженерии, Нанкинский университет информационных наук и технологий, Нанкин 210044, Китай
Концептуализация, Шаньшань Ли; Куратор данных: Сиюэ Ша, Шаньшань Ли, Хуэй Шен; Формальный анализ, Фанфан Жэнь и Синь Тао; Приобретение финансирования: Нань Гао, Вэйе Чен, Сиюэ Ша и Чжуоруй Ли; Методология, Фанфан Рен и Вэйе Чен; Администрация проекта, Нань Гао; Написание — первоначальный вариант, Фанфан Рен и Хуэй Шен; Написание, рецензирование и редактирование: Вэйшоу Шен, Хуэй Шен и Нань Гао.
Издательство Springer Nature сохраняет нейтральную позицию в отношении территориальных претензий и принадлежности к учреждениям, указанных на опубликованных картах.
Издательство Springer Nature или его лицензиары (например, ассоциации или другие партнеры) обладают исключительными авторскими правами на эту статью в соответствии с издательскими соглашениями с авторами или другими правообладателями; самостоятельная публикация авторами принятых к публикации рукописных версий этой статьи полностью регулируется условиями таких издательских соглашений и применимым законодательством.