γ-Valakton främjar tillväxt av tomatplantor via transkriptom och förändringar i växthormoner | Växtmolekylärbiologi

För att minska jordbrukets beroende av kemiska gödningsmedel ökar intresset för nya typer av gödningsmedel. Viktiga föreningar ärlovande tillväxtfrämjare.Gamma-valakton, en flyktig organisk förening som produceras av *S. stearothermiae* NRCB010, har visat sig främja tillväxten av tomatplantor under sterila förhållanden. Därför undersökte vi effekterna av varierande koncentrationer av gamma-valakton på tillväxten av tomatplantor under hydroponiska och växthusförhållanden, och undersökte även motsvarande förändringar i transkription och hormonnivåer. Resultaten visade att gamma-valaktonbehandling signifikant främjade tillväxten av tomatplantor, med optimala koncentrationer på 100 mg/L respektive 250 mg/L under hydroponiska och växthusförhållanden. Innehållet av IAA-asparaginsyra, IAA-glutaminsyra,indol-3-acetamid, indol-3-acetonitril, indol-3-smörsyra och gibberellin i blad, stjälkar och rötter ökade avsevärt. Transkriptomanalys visade att efter 6 timmars behandling med γ-valerolakton översteg antalet differentiellt uttryckta gener (DEG) med ökat uttryck antalet gener med minskat uttryck; dock observerades den motsatta situationen efter 24 timmars behandling. γ-valerolakton kan främja tillväxt av tomatplantor genom mekanismer som fotosyntes, växthormonsignalering och biosyntes av sekundära metaboliter. Denna studie ger en teoretisk grund för tillämpningen av γ-valerolakton som en ny växttillväxtregulator och lägger grunden för utvecklingen av mycket effektiva och miljövänliga jordbruksbiostimulanter.

Morfologiska, transkriptomiska och hormonella analyser visade att γ-valerolakton förbättrar tillväxten av tomatplantor och ökar hormonnivåerna.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) Växttillväxtfrämjande rhizosfärbakterier (PGPR) som miljövänliga bioinokulatorer: senaste framsteg, begränsningar och framtidsutsikter. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) Användning av tanninbaserade biostimulanter påverkar tomaternas rotstruktur och förbättrar 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 reglerar patogeniciteten hos *Ustilago maydis* genom MAPK-signalvägen. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) Mikrobiella biostimulanter för att möta behoven hos modernt jordbruk: sammansättning, funktioner och tillämpningar av dessa innovativa produkter. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) Nedreglering av gener för kolhydratmetabolismvägen under hög temperaturstress resulterade i minskat sackaros- och stärkelseinnehåll i kikärtsblad. Proceedings of the Indian Academy of Sciences 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) Dynamik, signalering och funktion av abscisinsyra i växter. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) Identifiering av förmodade ligninbiosyntetiska gener i björk. 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 främjar tillväxt och utveckling av tomatplantor genom att reglera fotosynteskapaciteten. 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 och MYB85 reglerar fenylalanin- och ligninbiosyntesen under sekundär cellväggsyntes]. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) Transkriptomanalys avslöjar en nyckelroll för exogen brassinolid i den alkaloidbiosyntetiska vägen hos 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) Abscisinsyra: dess roll i fruktutveckling och mognad. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) Aminosyrakatabolism i växter. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-velolakton: en hållbar energi- och kolhaltig kemisk vätska. 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) Växtbiostimulanter: mekanismer och tillämpningar för att förbättra växters anpassning till abiotisk stress. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) Abscisinsyra och dess roll i regleringen av växttillväxt, utveckling och avkastningsstabilitet. Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) Arabidopsis MAPK-signalväg och dess interaktioner som svar på abiotisk stress. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) Syntes av (R)-γ-valerat från levulinsyra via en enantioselektiv kemoenzymatisk metod. 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 främjar avskärning av bomullsblad genom att reglera komplexa interaktioner mellan etylen, auxin och 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) Molekylär karakterisering av GH3-familjen i alfalfa under abiotisk stress. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) Forskningsframsteg gällande struktur och funktioner hos växtbaserade 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-transkriptionsfaktorn SlNAP2 reglerar åldrande av tomatblad och fruktavkastning. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) Jordbruksbiogödselmedel: koncept, strategier och inverkan på markmikroorganismer. Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019) visade potentialen att förbättra växttillväxt och fröutbyte genom att förbehandla vintervetefrön med den bakteriella kvorumavkänningssignalen N-hexanoyl-L-homoserinlakton (C6-HSL). PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) Fiende och vän omöjliga att skilja åt: interaktioner mellan abscisinsyra och etylen under abiotisk stress. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) jämförde metaboliter och funktionella egenskaper hos olika tomater med hjälp av masspektrometribaserad metabolomik. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) Låga koncentrationer av metyljasmonat främjar tillväxten av Podocarpus macrophyllus genom en balans mellan växthormonsignalering och triterpenoidsyntes. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) Skillnader i genuttryckssekvens: analys av RNA-sekvenseringsdata. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) Användning av mikrobiella biogödselmedel i grödoproduktion och resistensförbättring: en översikt. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) Identifiering av flyktiga organiska föreningar i *Stenotrophomonas stearothermiae* för att förbättra kolonisering och främja tillväxt av tomatplantor. Journal of Applied Microbiology 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) Ingen antagonistisk interaktion existerar mellan salicylsyra- och jasmonsyrasignalvägar i poppel. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) Receptorliknande proteinkinaser finns uppströms om MAPK i regleringen av växtutveckling. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) Exogent metyljasmonat reglerar endogen hormonsyntes i hydroponiskt odlade purjolök för att främja deras tillväxt och fotosyntes. Horticultural Science 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) Genetisk analys av auxins och gibberellins relativa roller i regleringen av ärtstjälkförlängning under fullt ljus. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) Auxinsignalering: forskningsframsteg under de senaste 30 åren. 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-metaboliter inducerar specifika tomatrotutsöndringar för att förbättra koloniseringen av rhizosfären. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) En högenergifosfatförening främjar sallatstillväxt genom att förbättra fotosyntes, tillväxt och inducera processer relaterade till 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 främjar växttillväxt och lindrar saltstress i sallatsplantor genom att aktivera metaboliska vägar. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) Effekter av exogent kadaverinfosfat på tillväxt, fotosyntes och genuttryck i sallatsplantor. Chinese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24(1):537–546
Vi uttrycker vår uppriktiga tacksamhet till högpresterande datorcenter vid Nanjing tekniska universitet för att de försett oss med datorresurser.
Denna forskning stöddes av National Natural Science Foundation of China (32172673 och 31972503) och projektet för Student Innovation and Entrepreneurship Training Platform vid Nanjing University of Technology (2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682).
Institutionen för bioteknik och farmaceutisk teknik, Nanjing tekniska universitet, Nanjing 211816, Kina
Jiangsu provinsiella nyckellaboratoriet för atmosfärisk miljöövervakning och föroreningskontroll, Collaborative Innovation Center for Atmospheric Environment and Equipment Technology, School of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, Kina
Konceptualisering, Shanshan Li; Datakurering: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; Formell analys, Fangfang Ren och Xin Tao; Finansieringsförvärv: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha och Zhuorui Li; Metodik, Fangfang Ren och Weiye Chen; Projektadministration, Nan Gao; Skrivande – originalutkast, Fangfang Ren och Hui Shen; Skriva, granska och redigera: Weishou Shen, Hui Shen och Nan Gao.
Springer Nature förhåller sig neutral när det gäller territoriella anspråk och institutionell tillhörighet i publicerade kartor.
Springer Nature eller dess licensgivare (t.ex. föreningar eller andra partners) innehar exklusiv upphovsrätt till denna artikel i enlighet med publiceringsavtal med författarna eller andra upphovsrättsinnehavare; egenpublicering av accepterade manuskriptversioner av denna artikel av författare är helt underkastad villkoren i sådana publiceringsavtal och tillämplig lag.