γ-Valakton podporuje růst sazenic rajčat prostřednictvím transkriptomu a změn rostlinných hormonů | Molekulární biologie rostlin

Aby se snížila závislost zemědělství na chemických hnojivech, roste zájem o nové typy hnojiv. Esenciální sloučeniny jsouslibné stimulátory růstu.Bylo prokázáno, že gama-valakton, těkavá organická sloučenina produkovaná *S. stearothermiae* NRCB010, podporuje růst sazenic rajčat za sterilních podmínek. Proto jsme zkoumali vliv různých koncentrací gama-valaktonu na růst sazenic rajčat v hydroponických a skleníkových podmínkách a také jsme zkoumali odpovídající změny v transkripci a hladinách hormonů. Výsledky ukázaly, že ošetření gama-valaktonem významně podpořilo růst sazenic rajčat s optimálními koncentracemi 100 mg/l a 250 mg/l v hydroponických a skleníkových podmínkách. Obsah IAA-kyseliny asparagové, IAA-kyseliny glutamové,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, kyselina indol-3-máselná a giberelin v listech, stoncích a kořenech se významně zvýšily. Analýza transkriptomu ukázala, že po 6 hodinách ošetření γ-valerolaktonem počet diferencovaně exprimovaných genů (DEG) se zvýšenou expresí překročil počet genů se sníženou expresí; po 24 hodinách ošetření však byla pozorována opačná situace. γ-valerolakton může podporovat růst sazenic rajčat prostřednictvím mechanismů, jako je fotosyntéza, signalizace rostlinných hormonů a biosyntéza sekundárních metabolitů. Tato studie poskytuje teoretický základ pro aplikaci γ-valerolaktonu jako nového regulátoru růstu rostlin a pokládá základy pro vývoj vysoce účinných a ekologicky šetrných zemědělských biostimulantů.

Morfologické, transkriptomické a hormonální analýzy ukázaly, že γ-valerolakton zlepšuje růst sazenic rajčat a zvyšuje hladiny hormonů.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Bakterie z rhizosféry podporující růst rostlin (PGPR) jako ekologicky šetrné bioinokulátory: nedávné pokroky, omezení a perspektivy. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Aplikace biostimulantů na bázi taninu ovlivňuje strukturu kořenů rajčat a zlepšuje toleranci vůči soli. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan (2022) Adaptérový protein UvSte50 reguluje patogenitu *Ustilago maydis* prostřednictvím signální dráhy MAPK. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobiální biostimulanty pro potřeby moderního zemědělství: složení, funkce a aplikace těchto inovativních produktů. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Snížení regulace genů metabolismu sacharidů za vysokých teplot vedlo ke snížení obsahu sacharózy a škrobu v listech cizrny. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dynamika, signalizace a funkce kyseliny abscisové v rostlinách. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifikace předpokládaných genů pro biosyntézu ligninu v bříze. 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 podporuje růst a vývoj sazenic rajčat regulací fotosyntetické kapacity. 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 a MYB85 regulují biosyntézu fenylalaninu a ligninu během tvorby sekundární buněčné stěny [1]. Acta Physiologica Sinica 182 (3): 1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Analýza transkriptomu odhaluje klíčovou roli exogenního brassinolidu v biosyntetické dráze alkaloidů 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) Kyselina abscisová: její role ve vývoji a zrání plodů. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Katabolismus aminokyselin v rostlinách. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolakton: udržitelná energeticky úsporná chemická kapalina obsahující uhlík. 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) Rostlinné biostimulanty: mechanismy a aplikace pro zvýšení adaptace rostlin na abiotický stres. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Kyselina abscisová a její role v regulaci růstu, vývoje a stability výnosu rostlin. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Signální dráha MAPK u Arabidopsis a její interakce v reakci na abiotický stres. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Syntéza (R)-γ-valerátu z kyseliny levulové enantioselektivní chemoenzymatickou metodou. 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) Thiadizolin podporuje opadávání listů bavlníku regulací komplexních interakcí mezi ethylenem, auxinem a cytokininem. 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) Molekulární charakterizace rodiny GH3 u vojtěšky za abiotického stresu. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Pokrok ve výzkumu struktury a funkcí faktorů odezvy na auxin rostlin. 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) Transkripční faktor NAC SlNAP2 reguluje stárnutí listů rajčat a výnos plodů. Acta Physiologica Sinica 177 (3): 1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Zemědělská biohnojiva: koncepty, strategie a dopad na půdní mikroorganismy. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) prokázali potenciál pro zlepšení růstu rostlin a výnosu semen předběžným ošetřením semen ozimé pšenice bakteriálním signálem pro snímání kvora, N-hexanoyl-L-homoserin laktonem (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Nepřítel a přítel nerozlišitelné: interakce kyseliny abscisové a ethylenu za abiotického stresu. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) porovnávali metabolity a funkční vlastnosti různých rajčat pomocí metabolomiky založené na hmotnostní spektrometrii. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Nízké koncentrace methyljasmonátu podporují růst Podocarpus macrophyllus prostřednictvím rovnováhy mezi signalizací rostlinných hormonů a syntézou triterpenoidů. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Rozdíly v sekvenci genové exprese: analýza dat RNA-seq. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Aplikace mikrobiálních biohnojiv v produkci plodin a zvyšování odolnosti: přehled. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifikace těkavých organických sloučenin v *Stenotrophomonas stearothermiae* pro zvýšení kolonizace a podporu růstu sazenic rajčat. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Mezi signálními drahami kyseliny salicylové a jasmonové v topolu neexistuje žádná antagonistická interakce. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Receptorům podobné proteinkinázy se nacházejí před MAPK v regulaci vývoje rostlin. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Exogenní methyljasmonát reguluje endogenní syntézu hormonů v hydroponicky pěstovaném pórku a podporuje jeho růst a fotosyntézu. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetická analýza relativních rolí auxinu a giberelinu v regulaci prodlužování stonku hrachu za plného světla. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auxinová signalizace: pokrok výzkumu za posledních 30 let. J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua, Zheng Dan, Hu Chao, Cheng Wei, Lei Peng, Xu Hui, Gao Ning (2023) Metabolity Pseudomonas NRCB010 indukují specifické exsudáty kořenů rajčat pro posílení kolonizace rhizosféry. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) Vysokoenergetická fosfátová sloučenina podporuje růst salátu zvýšením fotosyntézy, růstu a indukcí procesů souvisejících se systémovou stabilitou. 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 podporuje růst rostlin a zmírňuje stres ze solí u sazenic salátu aktivací metabolických drah. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Účinky exogenního kadaverinfosfátu na růst, fotosyntézu a genovou expresi u sazenic salátu. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Vyjadřujeme upřímné poděkování Centru vysoce výkonných výpočtů Technologické univerzity v Nanjingu za poskytnutí výpočetních zdrojů.
Tento výzkum byl podpořen Národní nadací pro přírodní vědy Číny (32172673 a 31972503) a projektem Platformy pro studentské inovace a podnikání Technické univerzity v Nanjingu (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Katedra biotechnologie a farmaceutického inženýrství, Nanjingská technologická univerzita, Nanjing 211816, Čína
Klíčová laboratoř provincie Jiangsu pro monitorování atmosférického prostředí a kontrolu znečištění, Centrum pro spolupráci v oblasti inovací v oblasti atmosférického prostředí a technologií zařízení, Škola environmentálních věd a inženýrství, Nanjingská univerzita informačních věd a technologií, Nanjing 210044, Čína
Konceptualizace, Shanshan Li; Správa dat: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formální analýza, Fangfang Ren a Xin Tao; Akvizice financování: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha a Zhuorui Li; Metodologie, Fangfang Ren a Weiye Chen; Správa projektu, Nan Gao; Psaní – původní předloha, Fangfang Ren a Hui Shen; Psaní, recenze a úpravy: Weishou Shen, Hui Shen a Nan Gao.
Springer Nature zůstává neutrální, pokud jde o územní nároky a institucionální příslušnost v publikovaných mapách.
Springer Nature nebo její poskytovatelé licencí (např. asociace nebo jiní partneři) vlastní výhradní autorská práva k tomuto článku v souladu s publikačními smlouvami s autory nebo jinými držiteli autorských práv; vlastní zveřejnění přijatých rukopisných verzí tohoto článku autory se zcela řídí podmínkami těchto publikačních smluv a platnými právními předpisy.