γ-バラクトンはトランスクリプトームと植物ホルモンの変化を介してトマト苗の成長を促進する｜植物分子生物学

農業の化学肥料への依存度を減らすため、新しいタイプの肥料への関心が高まっている。必須化合物は有望な成長促進剤。*S. stearothermiae* NRCB010 によって産生される揮発性有機化合物であるガンマバラクトンは、無菌条件下でトマト苗の成長を促進することが示されている。そこで、水耕栽培および温室栽培条件下で、ガンマバラクトンの濃度を変化させた場合のトマト苗の成長への影響を調査し、転写およびホルモンレベルの対応する変化も調べた。その結果、ガンマバラクトン処理はトマト苗の成長を著しく促進し、最適濃度は水耕栽培条件下で 100 mg/L、温室栽培条件下で 250 mg/L であった。IAA-アスパラギン酸、IAA-グルタミン酸、インドール-3-アセトアミド葉、茎、根のインドール-3-アセトニトリル、インドール-3-酪酸、ジベレリンが有意に増加した。トランスクリプトーム解析により、γ-バレロラクトン処理6時間後には、発現が増加した差次的発現遺伝子（DEG）の数が、発現が減少した遺伝子の数を上回ったことが明らかになった。しかし、24時間後には逆の状況が観察された。γ-バレロラクトンは、光合成、植物ホルモンシグナル伝達、二次代謝産物生合成などのメカニズムを介してトマト苗の成長を促進することができる。本研究は、γ-バレロラクトンを新規植物成長調節剤として応用するための理論的根拠を提供し、効果が高く環境に優しい農業用バイオスティミュラントの開発の基礎を築くものである。

形態学的、転写産物学的、およびホルモン学的分析により、γ-バレロラクトンがトマトの苗の成長を促進し、ホルモンレベルを上昇させることが示された。
Basu A、Prasad P、Das SN、Kalam S、Syed RZ、Reddy MS、El Enshasy H (2021) 環境に優しいバイオ接種剤としての植物生育促進根圏細菌（PGPR）：最近の進歩、限界、展望。Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S、Mannino G、Bickwilder J、Contartesse V、Karlova R、Bertea CM (2021) タンニン系バイオスティミュラントの施用はトマトの根の構造に影響を与え、耐塩性を向上させる。Sci Rep 11(1):354
Cao Hon、Gong Hon、Song Tao、Yu Ming、Pan Xin、Yu Juan、Qi Zhi、Du Yan、Liu Yan (2022) アダプタータンパク質 UvSte50 は、MAPK シグナル伝達経路を通じて *Ustilago Maydis* の病原性を制御します。 *中国菌病菌* 8(9):954
Castiglione AM、Mannino G.、Contartesse V.、Bertea CM、Ertani A. (2021) 現代農業のニーズを満たす微生物バイオスティミュラント：これらの革新的な製品の組成、機能、および用途。Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS、Sharma KD (2023) 高温ストレス下での炭水化物代謝経路遺伝子のダウンレギュレーションにより、ヒヨコマメの葉のショ糖とデンプン含有量が減少した。インド科学アカデミー紀要 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) 植物におけるアブシジン酸の動態、シグナル伝達、および機能。J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) カバノキにおける推定リグニン生合成遺伝子の同定。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 は、光合成能力を調節することによってトマトの苗の成長と発育を促進します。国際分子科学ジャーナル 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、および MYB85 は二次細胞壁形成中のフェニルアラニンおよびリグニン生合成を調節します 1 [オープンアクセス]。 Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) トランスクリプトーム解析により、Pinellia ternataのアルカロイド生合成経路における外因性ブラシノライドの重要な役割が明らかになった。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) アブシジン酸：果実の発育と成熟におけるその役割。Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM、Nesi AN、Araujo VL、Brown HP (2015) 植物におけるアミノ酸異化作用。Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT、Mehdi H、Fabos V、Boda L、Mika LT (2008) γ-ベロラクトン：持続可能なエネルギーと炭素を含む化学流体。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) 植物バイオスティミュラント：非生物的ストレスに対する植物の適応性を高めるためのメカニズムと応用。Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24:6641–6690

Kishore PBK、Tiozone RN Jr、Fernie AR、Srinivasulu N (2022) アブシジン酸と植物の成長、発達、収量安定性の調節におけるその役割。Trends in Plant Science 27(12):1283–1295
Kumar K、Raina SK、Sultan SM (2020) シロイヌナズナのMAPKシグナル伝達経路と非生物的ストレスに対するその相互作用。Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) レブリン酸からのエナンチオ選択的化学酵素法による(R)-γ-吉草酸の合成. 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) チアジアゾリンはエチレン、オーキシン、サイトカイニンの複雑な相互作用を調節することにより、綿葉の離層形成を促進する。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) 非生物的ストレス下におけるアルファルファのGH3ファミリーの分子特性解析。Gene 851:146982
Li Yan、Han Shuai、Qi Yong (2023b) 植物オーキシン応答因子の構造と機能に関する研究の進展. 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 転写因子 SlNAP2 はトマトの葉の老化と果実収量を調節します。 Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302。
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) 農業用バイオ肥料：概念、戦略、および土壌微生物への影響。Progress in Agriculture 162:31–87
Moshinets OV、Babenko LM、Rogalsky SP、Jungin OS、Foster J、Kosakiwska IV、Potters G、Spears AJ (2019) は、冬小麦の種子を細菌のクオラムセンシングシグナルであるN-ヘキサノイル-L-ホモセリンラクトン（C6-HSL）で前処理することにより、植物の成長と種子収量を改善できる可能性を示した。PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) 敵と味方の区別がつかない：非生物的ストレス下におけるアブシジン酸とエチレンの相互作用。Plants-Basel 10(3):448
Moon HI、Kwon MK、Lee NR、Song SY、Song DH、Lee CH (2021)は、質量分析法に基づくメタボロミクスを用いて、異なるトマトの代謝物と機能特性を比較した。Front Nutr 8:659646
寧毅、丁永康、張永紅、張帥、安海明、傅永軍 (2023) メチルジャスモン酸の低濃度は、植物ホルモンシグナル伝達とトリテルペノイド合成のバランスを介して、イヌマキの成長を促進する。植物成長調節 101(1):187–199
Pavlovich PV、Koshy P (2022) 遺伝子発現配列の差異：RNA-seqデータの解析。Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D、Fresco R、Spagnuolo D (2023) 作物生産と耐性強化における微生物バイオ肥料の応用：レビュー。Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng、Liu Ning、Gao Bing、Shen Hui、Li Shuai、Li Li、Zheng Dan、Shen Wei、Gao Ning (2024) *Stenotrophomonas stearothermiae* の揮発性有機化合物の同定によるトマト苗の定着促進と成長促進。応用微生物学ジャーナル 135(10):lxae248
Ullah S、Schmidt A、Reichelt M、Tsai SJ、Gershenzon J (2022) ポプラにおけるサリチル酸とジャスモン酸のシグナル伝達経路間には拮抗的な相互作用は存在しない。New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang、Gou Xiaodong (2020) 受容体様タンパク質キナーゼは植物発生の制御においてMAPKの上流に位置する。International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao、Zhang Jie、Li Jie、Xie Jun、Chai Qiang (2024) 外因性メチルジャスモン酸は水耕栽培ネギの内因性ホルモン合成を調節し、成長と光合成を促進する。園芸科学 327:112861
Young T、Davis PJ、Reid JB (1996) 光照射下におけるエンドウ茎伸長の調節におけるオーキシンとジベレリンの相対的役割の遺伝学的解析。Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) オーキシンシグナル伝達：過去30年間の研究の進歩。J Integr Plant Biol 64(2):371–392

Zhang Hua、Zheng Dan、Hu Chao、Cheng Wei、Lei Peng、Xu Hui、Gao Ning (2023) シュードモナス NRCB010 代謝産物は、特定のトマト根の浸出液を誘導して根圏定着を強化します。 13(5):664
Zhou Chao、Li Shuai、Zheng Yong、Lei Peng、Chen Yong、Ying Hua、Gao Ning (2022) 高エネルギーリン酸化合物は、光合成、成長を促進し、全身安定性に関連するプロセスを誘導することにより、レタスの成長を促進する。土壌科学および植物栄養学ジャーナル 22(2):1955–1969
Zhou X, Shen H, Yan X, Ma X, Leng J, Sun Y, Gao N (2024a) アセトインは代謝経路を活性化することにより、レタス苗の生育を促進し、塩ストレスを軽減する。Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao、Zheng Yong、Leng Jun、Ma Chao、Niu Hui、Chen Yong、Ying Hui、Gao Ning (2024b) レタス実生における外因性カダベリンリン酸の生育、光合成、遺伝子発現への影響。中国土壌科学植物栄養学雑誌 24(1):537–546
南京工業大学高性能計算センターには、計算リソースを提供していただいたことに心より感謝申し上げます。
本研究は、中国国家自然科学基金（32172673および31972503）および南京工業大学学生イノベーション・起業育成プラットフォームプロジェクト（2025DC0047、2025DC1680、2025DC1682）の支援を受けて実施されました。
南京工業大学生物工学・製薬工学科、南京市 211816、中国
中国江蘇省南京市210044、南京情報科学技術大学環境科学工学部、大気環境モニタリング・汚染制御江蘇省重点実験室、大気環境・設備技術協同イノベーションセンター
概念化、シャンシャン・リー;データキュレーション: Xiyue Sha、Shanshan Li、Hui Shen;形式的な分析、Fangfang Ren と Xin Tao。資金調達: Nan Gao、Weiye Chen、Xiyue Sha、Zhuorui Li。方法論、Fangfang Ren 氏と Weiye Chen 氏。プロジェクト管理、Nan Gao。執筆 - 原案、Fangfang Ren、Hui Shen。執筆、レビュー、編集: Weishou Shen、Hui Shen、Nan Gao。
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