γ-Valaktoon soodustab tomati seemikute kasvu transkriptoomi ja taimehormoonide muutuste kaudu | Taimede molekulaarbioloogia

Põllumajanduse sõltuvuse vähendamiseks keemilistest väetistest kasvab huvi uut tüüpi väetiste vastu. Olulised ühendid onpaljulubavad kasvustimulaatorid.Gamma-valaktoon, *S. stearothermiae* NRCB010 poolt toodetav lenduv orgaaniline ühend, on näidanud, et see soodustab tomati seemikute kasvu steriilsetes tingimustes. Seetõttu uurisime gamma-valaktooni erinevate kontsentratsioonide mõju tomati seemikute kasvule hüdropoonika- ja kasvuhoonetingimustes ning uurisime ka vastavaid muutusi transkriptsioonis ja hormoonide tasemes. Tulemused näitasid, et gamma-valaktooniga töötlemine soodustas oluliselt tomati seemikute kasvu, optimaalsed kontsentratsioonid olid vastavalt 100 mg/l ja 250 mg/l hüdropoonika- ja kasvuhoonetingimustes. IAA-asparagiinhappe, IAA-glutaamhappe,indool-3-atseetamiid, indool-3-atsetonitriili, indool-3-butaanhappe ja gibberelliini sisaldus lehtedes, vartes ja juurtes suurenes märkimisväärselt. Transkriptoomianalüüs näitas, et pärast 6-tunnist γ-valerolaktooniga töötlemist ületas suurenenud ekspressiooniga diferentseeritult ekspresseeritud geenide (DEG) arv vähenenud ekspressiooniga geenide arvu; 24-tunnise töötlemise järel täheldati aga vastupidist olukorda. γ-valerolaktoon võib soodustada tomatite seemikute kasvu selliste mehhanismide kaudu nagu fotosüntees, taimehormoonide signaalimine ja sekundaarsete metaboliitide biosüntees. See uuring pakub teoreetilise aluse γ-valerolaktooni rakendamiseks uudse taimekasvuregulaatorina ja loob aluse väga tõhusate ja keskkonnasõbralike põllumajanduslike biostimulantide väljatöötamisele.

Morfoloogilised, transkriptoomilised ja hormonaalsed analüüsid näitasid, et γ-valerolaktoon parandab tomatitaimede kasvu ja suurendab hormoonide taset.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Taimekasvu soodustavad risosfääri bakterid (PGPR) keskkonnasõbralike bioinokulaatoritena: hiljutised edusammud, piirangud ja väljavaated. Jätkusuutlikkus 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Tanniinipõhiste biostimulantide kasutamine mõjutab tomatite juurestikku ja parandab soola taluvust. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adaptervalk UvSte50 reguleerib *Ustilago maydis* patogeensust MAPK signaaliraja kaudu. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikroobsed biostimulandid tänapäevase põllumajanduse vajaduste rahuldamiseks: nende uuenduslike toodete koostis, funktsioonid ja rakendused. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Süsivesikute metabolismi radade geenide allareguleerimine kõrge temperatuuri stressi korral põhjustas kikerhernelehtede sahharoosi- ja tärklisesisalduse vähenemist. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Abstsisiinhappe dünaamika, signaalimine ja funktsioon taimedes. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Oletatavate ligniini biosünteesi geenide identifitseerimine kases. 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 soodustab tomati seemikute kasvu ja arengut, reguleerides fotosünteesivõimet. 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 ja MYB85 reguleerivad fenüülalaniini ja ligniini sekundaarse biosünteesi moodustumise ajal. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Transkriptoomianalüüs näitab eksogeense brassinoliidi võtmerolli Pinellia ternata alkaloidide biosünteesi rajas. 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) Abstsisiinhape: selle roll viljade arengus ja valmimises. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Aminohapete katabolism taimedes. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolaktoon: säästev energia ja süsinikku sisaldav keemiline vedelik. 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) Taimede biostimulandid: mehhanismid ja rakendused taimede abiootilise stressiga kohanemise parandamiseks. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abstsisiinhape ja selle roll taimede kasvu, arengu ja saagikuse stabiilsuse reguleerimisel. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK signaaliülekande rada ja selle interaktsioonid vastusena abiootilisele stressile. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) (R)-γ-valeraadi süntees levuliinhappest enantioselektiivse kemoensümaatilise meetodi abil. 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) Tiadisoliin soodustab puuvillalehtede langemist, reguleerides keerulisi interaktsioone etüleeni, auksiini ja tsütokiniini vahel. 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 perekonna molekulaarne iseloomustus lutsernis abiootilise stressi tingimustes. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Taimede auksiini reaktsioonfaktorite struktuuri ja funktsioonide uurimise edusammud. 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 transkriptsioonifaktor SlNAP2 reguleerib tomati lehtede vananemist ja viljasaaki. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Põllumajanduslikud bioväetised: kontseptsioonid, strateegiad ja mõju mulla mikroorganismidele. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) näitasid potentsiaali parandada taimede kasvu ja seemnesaaki, töödeldes talinisu seemneid eelnevalt bakteriaalse kvoorumi tuvastava signaaliga N-heksanoüül-L-homoseriinlaktooniga (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Vaenlase ja sõbra eristamatus: abstsisiinhappe ja etüleeni interaktsioonid abiootilise stressi tingimustes. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) võrdlesid massispektromeetrial põhinevat metaboloomikat kasutades erinevate tomatite metaboliite ja funktsionaalseid omadusi. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Metüüljasmonaadi madalad kontsentratsioonid soodustavad Podocarpus macrophylluse kasvu taimehormoonide signaaliülekande ja triterpenoidide sünteesi vahelise tasakaalu kaudu. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Geeniekspressiooni järjestuse erinevused: RNA-seq andmete analüüs. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Mikroobsete bioväetiste kasutamine põllukultuuride tootmises ja resistentsuse suurendamises: ülevaade. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Lenduvate orgaaniliste ühendite identifitseerimine *Stenotrophomonas stearothermiae* bakteris tomatitaimede koloniseerimise ja kasvu soodustamiseks. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Papli salitsüül- ja jasmoonhappe signaaliülekande radade vahel ei ole antagonistlikku interaktsiooni. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Retseptorilaadsed proteiinkinaasid paiknevad taimede arengu regulatsioonis MAPK-idest ülesvoolu. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Eksogeenne metüüljasmonaat reguleerib hüdropooniliselt kasvatatud porrulaugu endogeensete hormoonide sünteesi, et soodustada nende kasvu ja fotosünteesi. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Auksiini ja giberelliini suhtelise rolli geneetiline analüüs hernevarre pikenemise regulatsioonis täisvalguses. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auksiini signaalimine: uuringute edusammud viimase 30 aasta jooksul. 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 metaboliidid kutsuvad esile spetsiifilisi tomatijuure eksudaate, et suurendada risosfääri koloniseerimist. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Kõrge energiasisaldusega fosfaatühend soodustab salati kasvu, suurendades fotosünteesi, kasvu ja indutseerides süsteemse stabiilsusega seotud protsesse. 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) Atsetoiin soodustab taimede kasvu ja leevendab soolastressi salati seemikutes, aktiveerides ainevahetusradasid. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Eksogeense kadaveriinfosfaadi mõju kasvule, fotosünteesile ja geeniekspressioonile salati seemikutes. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546.
Avaldame siirast tänu Nanjingi Tehnikaülikooli Kõrgjõudlusega Arvutuskeskusele arvutusressursside pakkumise eest.
Seda uuringut toetasid Hiina Riiklik Loodusteaduste Fond (32172673 ja 31972503) ning Nanjingi Tehnikaülikooli Üliõpilaste Innovatsiooni ja Ettevõtluse Koolitusplatvormi projekt (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Biotehnoloogia ja farmaatsiatehnika osakond, Nanjingi Tehnikaülikool, Nanjing 211816, Hiina
Jiangsu provintsi atmosfäärikeskkonna seire ja saastekontrolli võtmelabor, atmosfäärikeskkonna ja seadmete tehnoloogia koostööl põhinev innovatsioonikeskus, keskkonnateaduste ja -tehnika kool, Nanjingi infoteaduste ja -tehnoloogia ülikool, Nanjing 210044, Hiina
Kontseptualiseerimine, Shanshan Li; Andmete kureerimine: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formaalne analüüs, Fangfang Ren ja Xin Tao; Rahastamise omandamine: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha ja Zhuorui Li; Metodoloogia, Fangfang Ren ja Weiye Chen; Projekti haldamine, Nan Gao; Kirjutamine – algne mustand, Fangfang Ren ja Hui Shen; Kirjutamine, arvustus ja toimetamine: Weishou Shen, Hui Shen ja Nan Gao.
Springer Nature jääb avaldatud kaartidel esitatud territoriaalsete väidete ja institutsionaalse kuuluvuse suhtes neutraalseks.
Springer Nature'il või selle litsentsiandjatel (nt ühingutel või muudel partneritel) on selle artikli ainuõigus vastavalt autorite või teiste autoriõiguste omanikega sõlmitud avaldamislepingutele; autorite poolt käesoleva artikli aktsepteeritud käsikirjaliste versioonide isepostitamine toimub täielikult vastavalt selliste avaldamislepingute tingimustele ja kohaldatavale seadusele.