Η γ-βαλακτόνη προάγει την ανάπτυξη των σπορόφυτων τομάτας μέσω αλλαγών στο μεταγραφόγραμμα και στις φυτικές ορμόνες | Μοριακή Βιολογία Φυτών

Για να μειωθεί η εξάρτηση της γεωργίας από τα χημικά λιπάσματα, το ενδιαφέρον για νέους τύπους λιπασμάτων αυξάνεται. Οι βασικές ενώσεις είναιπολλά υποσχόμενους ενισχυτές ανάπτυξης.Η γ-βαλακτόνη, μια πτητική οργανική ένωση που παράγεται από το *S. stearothermiae* NRCB010, έχει αποδειχθεί ότι προάγει την ανάπτυξη των σπορόφυτων τομάτας υπό στείρες συνθήκες. Ως εκ τούτου, διερευνήσαμε τις επιδράσεις ποικίλων συγκεντρώσεων γ-βαλακτόνης στην ανάπτυξη των σπορόφυτων τομάτας υπό υδροπονικές και θερμοκηπιακές συνθήκες, και εξετάσαμε επίσης τις αντίστοιχες αλλαγές στη μεταγραφή και τα επίπεδα ορμονών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η θεραπεία με γ-βαλακτόνη προήγαγε σημαντικά την ανάπτυξη των σπορόφυτων τομάτας, με βέλτιστες συγκεντρώσεις 100 mg/L και 250 mg/L υπό υδροπονικές και θερμοκηπιακές συνθήκες, αντίστοιχα. Η περιεκτικότητα σε IAA-ασπαρτικό οξύ, IAA-γλουταμικό οξύ,ινδόλη-3-ακεταμίδιο, ινδολο-3-ακετονιτρίλιο, ινδολο-3-βουτυρικό οξύ και γιβερελίνη σε φύλλα, μίσχους και ρίζες αυξήθηκαν σημαντικά. Η ανάλυση μεταγραφώματος αποκάλυψε ότι μετά από 6 ώρες θεραπείας με γ-βαλερολακτόνη, ο αριθμός των διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων (DEGs) με αυξημένη έκφραση υπερέβη τον αριθμό των γονιδίων με μειωμένη έκφραση. Ωστόσο, η αντίθετη κατάσταση παρατηρήθηκε μετά από 24 ώρες θεραπείας. Η γ-βαλερολακτόνη μπορεί να προάγει την ανάπτυξη των σπορόφυτων τομάτας μέσω μηχανισμών όπως η φωτοσύνθεση, η σηματοδότηση φυτικών ορμονών και η βιοσύνθεση δευτερογενών μεταβολιτών. Αυτή η μελέτη παρέχει μια θεωρητική βάση για την εφαρμογή της γ-βαλερολακτόνης ως νέου ρυθμιστή ανάπτυξης φυτών και θέτει τα θεμέλια για την ανάπτυξη εξαιρετικά αποτελεσματικών και φιλικών προς το περιβάλλον γεωργικών βιοδιεγερτών.

Μορφολογικές, μεταγραφικές και ορμονικές αναλύσεις έδειξαν ότι η γ-βαλερολακτόνη βελτιώνει την ανάπτυξη των σπορόφυτων τομάτας και αυξάνει τα επίπεδα ορμονών.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Βακτήρια ριζόσφαιρας που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών (PGPR) ως οικολογικά βιοεμβολιαστικά: πρόσφατες εξελίξεις, περιορισμοί και προοπτικές. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Η εφαρμογή βιοδιεγερτικών με βάση τις τανίνες επηρεάζει τη δομή της ρίζας της ντομάτας και βελτιώνει την ανοχή στο αλάτι. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Η πρωτεΐνη προσαρμογής UvSte50 ρυθμίζει την παθογένεια του *Ustilago maydis* μέσω της οδού σηματοδότησης MAPK. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Μικροβιακά βιοδιεγερτικά για την κάλυψη των αναγκών της σύγχρονης γεωργίας: σύνθεση, λειτουργίες και εφαρμογές αυτών των καινοτόμων προϊόντων. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Η υπορύθμιση των γονιδίων της οδού μεταβολισμού των υδατανθράκων υπό υψηλή θερμοκρασία οδήγησε σε μειωμένη περιεκτικότητα σε σακχαρόζη και άμυλο στα φύλλα ρεβιθιού. Πρακτικά της Ινδικής Ακαδημίας Επιστημών 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Δυναμική, σηματοδότηση και λειτουργία του αμπσισικού οξέος στα φυτά. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Αναγνώριση πιθανών βιοσυνθετικών γονιδίων λιγνίνης σε σημύδα. Δομή και Λειτουργία Ξύλου 34(5):1255–1265
Ding Z, Yao Y, Yao K, Hou H, Zhang Z, Huang Y, Wang S, Liao W (2024) Το SlSERK3B προωθεί την ανάπτυξη και την ανάπτυξη δενδρυλλίων τομάτας ρυθμίζοντας τη φωτοσυνθετική ικανότητα. International Journal of Molecular Sciences 25(2):1336
Οι Geng Peng, Zhang Shuai, Liu Jie, Zhao Chao, Wu Jun, Cao Yong, Fu Chao, Han Xin, He Hui, Zhao Qiang (2020) MYB20, MYB42, MYB43 και MYB85 ρυθμίζουν τη φαινυλαλανίνη και τη λιγνίνη κατά τη μορφή της δευτερογενούς βιοσύνθεσης του κυττάρου. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Η ανάλυση μεταγραφώματος αποκαλύπτει έναν βασικό ρόλο της εξωγενούς βρασινολίδης στη βιοσυνθετική οδό των αλκαλοειδών του Pinellia ternata. Διεθνές Περιοδικό Μοριακών Επιστημών 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) Αψισικό οξύ: ο ρόλος του στην ανάπτυξη και ωρίμανση των καρπών. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Καταβολισμός αμινοξέων στα φυτά. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-βελολακτόνη: ένα βιώσιμο χημικό υγρό που περιέχει ενέργεια και άνθρακα. 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) Βιοδιεγέρτες φυτών: μηχανισμοί και εφαρμογές για την ενίσχυση της προσαρμογής των φυτών στο αβιοτικό στρες. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Αψισικό οξύ και ο ρόλος του στη ρύθμιση της ανάπτυξης, της εξέλιξης και της σταθερότητας της απόδοσης των φυτών. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Οδός σηματοδότησης MAPK του Arabidopsis και οι αλληλεπιδράσεις του σε απόκριση στο αβιοτικό στρες. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Σύνθεση (R)-γ-βαλερικού από λεβουλινικό οξύ μέσω εναντιοεκλεκτικής χημειοενζυματικής μεθόδου. 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) Η θειαδιζολίνη προάγει την αποκοπή των φύλλων βαμβακιού ρυθμίζοντας πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ αιθυλενίου, αυξίνης και κυτοκινίνης. Διεθνές Περιοδικό Μοριακών Επιστημών 23(5):2696
Li J, Min S, Luo Q, Abdoulaye AH, Zhang S, Huang W, Zhang R, Chen Y (2023a) Μοριακός χαρακτηρισμός της οικογένειας GH3 σε μηδική υπό αβιοτικό στρες. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Πρόοδος της έρευνας σχετικά με τη δομή και τις λειτουργίες των παραγόντων απόκρισης αυξίνης των φυτών. 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) Ο παράγοντας μεταγραφής NAC SlNAP2 ρυθμίζει τη γήρανση των φύλλων της τομάτας και την απόδοση του καρπού. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Γεωργικά βιολιπάσματα: έννοιες, στρατηγικές και αντίκτυπος στους μικροοργανισμούς του εδάφους. Progress in Agriculture 162:31–87
Οι Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) έδειξαν τη δυνατότητα βελτίωσης της ανάπτυξης των φυτών και της απόδοσης των σπόρων μέσω της προεπεξεργασίας των σπόρων χειμερινού σιταριού με το βακτηριακό σήμα ανίχνευσης απαρτίας, Ν-εξανοϋλ-L-ομοσερίνη λακτόνη (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Εχθρός και φίλος αδιάκριτοι: αλληλεπιδράσεις αμπσισικού οξέος και αιθυλενίου υπό αβιοτικό στρες. Φυτά-Βασιλεία 10(3):448
Οι Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) συνέκριναν μεταβολίτες και λειτουργικές ιδιότητες διαφορετικών ντοματών χρησιμοποιώντας μεταβολομική βασισμένη σε φασματομετρία μάζας. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Χαμηλές συγκεντρώσεις μεθυλοϊασμονικού προάγουν την ανάπτυξη του Podocarpus macrophyllus μέσω μιας ισορροπίας μεταξύ της σηματοδότησης των φυτικών ορμονών και της σύνθεσης τριτερπενοειδών. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Διαφορές στην αλληλουχία γονιδιακής έκφρασης: ανάλυση δεδομένων RNA-seq. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Εφαρμογή μικροβιακών βιολιπασμάτων στην παραγωγή καλλιεργειών και στην ενίσχυση της ανθεκτικότητας: μια ανασκόπηση. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Αναγνώριση πτητικών οργανικών ενώσεων στο *Stenotrophomonas stearothermiae* για την ενίσχυση του αποικισμού και την προώθηση της ανάπτυξης σπορόφυτων τομάτας. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Δεν υπάρχει ανταγωνιστική αλληλεπίδραση μεταξύ των σηματοδοτικών οδών του σαλικυλικού και του ιασμονικού οξέος στις λεύκες. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Οι πρωτεϊνικές κινάσες που μοιάζουν με υποδοχείς βρίσκονται ανοδικά των MAPK στη ρύθμιση της ανάπτυξης των φυτών. Διεθνές Περιοδικό Μοριακών Επιστημών 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Το εξωγενές μεθυλοϊασμονικό ρυθμίζει τη σύνθεση ενδογενών ορμονών σε υδροπονικά καλλιεργημένα πράσα για την προώθηση της ανάπτυξης και της φωτοσύνθεσής τους. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Γενετική ανάλυση των σχετικών ρόλων της αυξίνης και της γιββερελλίνης στη ρύθμιση της επιμήκυνσης του στελέχους του μπιζελιού υπό πλήρες φως. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Σηματοδότηση Auxin: ερευνητική πρόοδος τα τελευταία 30 χρόνια. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023) Οι μεταβολίτες Pseudomonas NRCB010 επάγουν ειδικά εκκρίματα ρίζας τομάτας για να ενισχύσουν τον αποικισμό της ριζόσφαιρας. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Μια φωσφορική ένωση υψηλής ενέργειας προάγει την ανάπτυξη του μαρουλιού ενισχύοντας τη φωτοσύνθεση, την ανάπτυξη και την πρόκληση διεργασιών που σχετίζονται με τη συστημική σταθερότητα. 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) Η ακετοΐνη προάγει την ανάπτυξη των φυτών και ανακουφίζει από το αλατικό στρες στα σπορόφυτα μαρουλιού ενεργοποιώντας τις μεταβολικές οδούς. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Επιδράσεις εξωγενούς φωσφορικής καδαβερίνης στην ανάπτυξη, τη φωτοσύνθεση και την γονιδιακή έκφραση σε σπορόφυτα μαρουλιού. Κινεζικό Περιοδικό Επιστήμης του Εδάφους και Διατροφής Φυτών 24(1):537–546
Εκφράζουμε την ειλικρινή μας ευγνωμοσύνη στο Κέντρο Υπολογιστών Υψηλών Επιδόσεων του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Nanjing για την παροχή υπολογιστικών πόρων.
Η παρούσα έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (32172673 και 31972503) και το Έργο της Πλατφόρμας Κατάρτισης Φοιτητών για την Καινοτομία και την Επιχειρηματικότητα του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Nanjing (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Τμήμα Βιοτεχνολογίας και Φαρμακευτικής Μηχανικής, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanjing, Nanjing 211816, Κίνα
Επαρχιακό Εργαστήριο Παρακολούθησης Ατμοσφαιρικού Περιβάλλοντος και Ελέγχου Ρύπανσης της Jiangsu, Κέντρο Συνεργατικής Καινοτομίας για το Ατμοσφαιρικό Περιβάλλον και την Τεχνολογία Εξοπλισμού, Σχολή Περιβαλλοντικής Επιστήμης και Μηχανικής, Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Πληροφοριών της Nanjing, Nanjing 210044, Κίνα
Conceptualization, Shanshan Li; Επιμέλεια δεδομένων: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Τυπική ανάλυση, Fangfang Ren και Xin Tao; Εξαγορά χρηματοδότησης: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha και Zhuorui Li; Μεθοδολογία, Fangfang Ren και Weiye Chen; Διαχείριση έργου, Nan Gao; Γράψιμο – πρωτότυπο προσχέδιο, Fangfang Ren και Hui Shen. Συγγραφή, κριτική και επιμέλεια: Weishou Shen, Hui Shen και Nan Gao.
Το Springer Nature παραμένει ουδέτερο όσον αφορά τις εδαφικές διεκδικήσεις και τις θεσμικές σχέσεις σε δημοσιευμένους χάρτες.
Η Springer Nature ή οι δικαιοπάροχοί της (π.χ. ενώσεις ή άλλοι συνεργάτες) κατέχουν αποκλειστικά πνευματικά δικαιώματα σε αυτό το άρθρο σύμφωνα με τις συμφωνίες δημοσίευσης με τους συγγραφείς ή άλλους κατόχους πνευματικών δικαιωμάτων. Η αυτοδημοσίευση αποδεκτών χειρόγραφων εκδόσεων αυτού του άρθρου από τους συγγραφείς υπόκειται πλήρως στους όρους αυτών των συμφωνιών δημοσίευσης και στην ισχύουσα νομοθεσία.