γ-Valakton fremmer vekst av tomatplanter via endringer i transkriptom og plantehormoner | Plantemolekylærbiologi

For å redusere landbrukets avhengighet av kunstgjødsel øker interessen for nye typer gjødsel. Essensielle forbindelser erlovende vekstfremmende stoffer.Gamma-valakton, en flyktig organisk forbindelse produsert av *S. stearothermiae* NRCB010, har vist seg å fremme vekst av tomatplanter under sterile forhold. Derfor undersøkte vi effekten av varierende konsentrasjoner av gamma-valakton på veksten av tomatplanter under hydroponiske og drivhusforhold, og undersøkte også de tilsvarende endringene i transkripsjon og hormonnivåer. Resultatene viste at gamma-valaktonbehandling betydelig fremmet veksten av tomatplanter, med optimale konsentrasjoner på henholdsvis 100 mg/L og 250 mg/L under hydroponiske og drivhusforhold. Innholdet av IAA-asparaginsyre, IAA-glutaminsyre,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, indol-3-smørsyre og gibberellin i blader, stilker og røtter økte betydelig. Transkriptomanalyse viste at etter 6 timer med γ-valerolaktonbehandling oversteg antallet differensielt uttrykte gener (DEG-er) med økt uttrykk antallet gener med redusert uttrykk. Imidlertid ble den motsatte situasjonen observert etter 24 timers behandling. γ-valerolakton kan fremme vekst av tomatfrøplanter gjennom mekanismer som fotosyntese, plantehormonsignalering og biosyntese av sekundære metabolitter. Denne studien gir et teoretisk grunnlag for anvendelsen av γ-valerolakton som en ny plantevekstregulator og legger grunnlaget for utvikling av svært effektive og miljøvennlige landbruksbiostimulanter.

Morfologiske, transkriptomiske og hormonelle analyser viste at γ-valerolakton forbedrer veksten av tomatplanter og øker hormonnivåene.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Plantevekstfremmende rhizosfærebakterier (PGPR) som miljøvennlige bioinokulatorer: nylige fremskritt, begrensninger og utsikter. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Bruk av tanninbaserte biostimulanter påvirker tomatrotstrukturen og forbedrer salttoleransen. 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 patogenisiteten til *Ustilago maydis* gjennom MAPK-signalveien. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobielle biostimulanter for å møte behovene til moderne landbruk: sammensetning, funksjoner og anvendelser av disse innovative produktene. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Nedregulering av gener for karbohydratmetabolismeveien under høy temperaturstress resulterte i redusert sukrose- og stivelsesinnhold i kikertblader. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dynamikk, signalering og funksjon av abscisinsyre i planter. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifisering av antatte ligninbiosyntetiske gener i bjørk. 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 vekst og utvikling av tomatfrøplanter ved å regulere fotosyntesekapasiteten. 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 fenylalanin og lignin-celle-vegg-tilgang under sekundær dannelse av cellevegg. 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 avslører en nøkkelrolle for eksogent brassinolid i den alkaloidbiosyntetiske veien til 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 fruktutvikling 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-velolakton: en bærekraftig energi- og karbonholdig kjemisk 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 for å forbedre 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 regulering av plantevekst, utvikling og avlingsstabilitet. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK-signalvei og dens interaksjoner som respons på abiotisk stress. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Syntese av (R)-γ-valerat fra levulinsyre via en enantioselektiv kjemoenzymatisk 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 fremmer avskjæring av bomullsblader ved å regulere komplekse interaksjoner mellom etylen, 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 av GH3-familien i alfalfa under abiotisk stress. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Forskningsfremgang på strukturen og funksjonene til 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-transkripsjonsfaktoren SlNAP2 regulerer aldrende tomatblader og fruktutbytte. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Biogjødsel i landbruket: konsepter, strategier og innvirkning på jordmikroorganismer. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) viste potensialet for å forbedre plantevekst og frøutbytte ved å forbehandle vinterhvetefrø med det bakterielle quorum-sensing-signalet N-heksanoyl-L-homoserinlakton (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Fiende og venn ikke å skille fra hverandre: interaksjoner mellom abscisinsyre og etylen under abiotisk stress. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) sammenlignet metabolitter og funksjonelle egenskaper hos forskjellige tomater ved bruk av massespektrometribasert metabolomikk. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Lave konsentrasjoner av metyljasmonat fremmer veksten av Podocarpus macrophyllus gjennom en balanse mellom plantehormonsignalering og triterpenoidsyntese. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Forskjeller i genuttrykkssekvens: analyse av RNA-sekvenseringsdata. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Bruk av mikrobiell biogjødsel i planteproduksjon og resistensbekjempelse: en oversikt. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifisering av flyktige organiske forbindelser i *Stenotrophomonas stearothermiae* for å forbedre kolonisering og fremme vekst av tomatplanter. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Ingen antagonistisk interaksjon eksisterer mellom salisylsyre- og jasmonsyresignalveier i poppel. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Reseptorlignende proteinkinaser er lokalisert oppstrøms for MAPK-er i reguleringen av planteutvikling. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Eksogent metyljasmonat regulerer endogen hormonsyntese i hydroponisk dyrkede purre for å fremme vekst og fotosyntese. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetisk analyse av de relative rollene til auxin og gibberellin i reguleringen av ertestilkforlengelse under fullt lys. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auxinsignalering: forskningsfremgang de siste 30 årene. 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 induserer spesifikke tomatroteksudater for å øke rhizosfærekoloniseringen. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) En høyenergifosfatforbindelse fremmer salatvekst ved å forbedre fotosyntese, vekst og indusere prosesser relatert 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 plantevekst og lindrer saltstress i salatplanter ved å aktivere metabolske veier. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Effekter av eksogent kadaverinfosfat på vekst, fotosyntese og genuttrykk i salatplanter. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Vi uttrykker vår oppriktige takknemlighet til Høyprestasjonsdatasenteret ved Nanjing University of Technology for å ha gitt oss dataressurser.
Denne forskningen ble støttet av National Natural Science Foundation of China (32172673 og 31972503) og prosjektet tilhørende Student Innovation and Entrepreneurship Training Platform ved Nanjing University of Technology (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Institutt for bioteknologi og farmasøytisk ingeniørfag, Nanjing teknologiske universitet, Nanjing 211816, Kina
Jiangsu provinsielle nøkkellaboratorium for atmosfærisk miljøovervåking og forurensningskontroll, Samarbeidende innovasjonssenter for atmosfærisk miljø og utstyrsteknologi, Skole for miljøvitenskap og ingeniørfag, Nanjing universitet for informasjonsvitenskap og teknologi, Nanjing 210044, Kina
Konseptualisering, Shanshan Li; Datakurering: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formell analyse, Fangfang Ren og Xin Tao; Finansiering: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha og Zhuorui Li; Metodikk, Fangfang Ren og Weiye Chen; Prosjektadministrasjon, Nan Gao; Skriving – originalutkast, Fangfang Ren og Hui Shen; Skriving, anmeldelse og redigering: Weishou Shen, Hui Shen og Nan Gao.
Springer Nature forholder seg nøytral med hensyn til territoriale krav og institusjonell tilknytning i publiserte kart.
Springer Nature eller dets lisensgivere (f.eks. foreninger eller andre partnere) har eksklusiv opphavsrett til denne artikkelen i samsvar med publiseringsavtaler med forfatterne eller andre rettighetshavere. Selvpublisering av aksepterte manuskriptversjoner av denne artikkelen av forfattere er fullstendig underlagt vilkårene i slike publiseringsavtaler og gjeldende lov.