γ-발락톤은 전사체 및 식물 호르몬 변화를 통해 토마토 묘목의 성장을 촉진합니다 | 식물 분자 생물학

농업의 화학비료 의존도를 줄이기 위해 새로운 유형의 비료에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 필수적인 화합물은 다음과 같습니다.유망한 성장 촉진제.*S. stearothermiae* NRCB010에서 생성되는 휘발성 유기 화합물인 감마-발락톤은 무균 조건에서 토마토 묘목의 생장을 촉진하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 본 연구에서는 수경재배 및 온실 조건에서 다양한 농도의 감마-발락톤이 토마토 묘목의 생장에 미치는 영향을 조사하고, 이에 따른 유전자 전사 및 호르몬 수준의 변화를 분석했습니다. 연구 결과, 감마-발락톤 처리는 토마토 묘목의 생장을 유의하게 촉진했으며, 최적 농도는 수경재배 조건에서 100 mg/L, 온실 조건에서 250 mg/L였습니다. IAA-아스파르트산, IAA-글루탐산,인돌-3-아세트아미드잎, 줄기, 뿌리에서 인돌-3-아세토니트릴, 인돌-3-부티르산, 지베렐린의 함량이 유의하게 증가했다. 전사체 분석 결과, γ-발레로락톤 처리 6시간 후에는 발현이 증가한 유전자(DEG)의 수가 발현이 감소한 유전자의 수보다 많았지만, 24시간 후에는 반대의 현상이 관찰되었다. γ-발레로락톤은 광합성, 식물 호르몬 신호전달, 이차 대사산물 생합성 등의 기전을 통해 토마토 묘목의 생장을 촉진할 수 있다. 본 연구는 γ-발레로락톤을 새로운 식물 생장 조절제로 활용할 수 있는 이론적 근거를 제공하고, 고효능 친환경 농업 생물 자극제 개발의 기초를 마련한다.

형태학적, 전사체학적 및 호르몬 분석 결과, γ-발레로락톤은 토마토 묘목의 생장을 촉진하고 호르몬 수치를 증가시키는 것으로 나타났습니다.
Basu A, Prasad P, Das SN, Kalam S, Syed RZ, Reddy MS, El Enshasy H (2021) 식물 생장 촉진 근권 박테리아(PGPR)를 친환경 생물 접종제로 활용: 최근 발전, 한계 및 전망. Sustainability 13(3): 1140
Campobenedetto S, Mannino G, Bickwilder J, Contartesse V, Karlova R, Bertea CM (2021) 탄닌 기반 생물 자극제의 적용은 토마토 뿌리 구조에 영향을 미치고 염분 내성을 향상시킵니다. Sci Rep 11(1):354
Cao Hong, Gong Hong, Song Tao, Yu Ming, Pan Xin, Yu Juan, Qi Zhi, Du Yan, Liu Yan(2022) 어댑터 단백질 UvSte50은 MAPK 신호 경로를 통해 *Ustilago maydis*의 병원성을 조절합니다. *Acta Mycologica Sinica* 8(9):954
Castiglione AM, Mannino G., Contartesse V., Bertea CM, Ertani A. (2021) 현대 농업의 요구를 충족하는 미생물 생물 자극제: 이러한 혁신적인 제품의 구성, 기능 및 응용. Plants-Basel 10(8):1533
Chandel SS, Sharma KD (2023) 고온 스트레스 하에서 탄수화물 대사 경로 유전자의 하향 조절은 병아리콩 잎의 자당 및 전분 함량 감소를 초래했습니다. 인도과학원회보 46(5):445–449
Chen K, Li GJ, Bressan RA, Song CP, Zhu JQ, Zhao Y (2020a) 식물에서 앱시식산의 역동성, 신호전달 및 기능. J Integr Plant Biol 62(1):25–54
Chen S, Zhao Y, Zhao H, Chen S (2020b) 자작나무에서 추정 리그닌 생합성 유전자 식별. 목재 구조 및 기능 34(5):1255–1265
Ding Z, Yao Y, Yao K, Hou H, Zhang Z, Huang Y, Wang S, Liao W (2024) SlSERK3B는 광합성 능력을 조절하여 토마토 묘목의 성장과 발달을 촉진합니다. 국제분자과학저널 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 및 MYB85는 2차 세포벽 형성 동안 페닐알라닌 및 리그닌 생합성을 조절합니다 1 [오픈 액세스]. Acta Physiologica Sinica 182(3):1272–1283
Guo Z, Chen Y, Wu D, Du Y, Wang M, Liu Z, Chu J, Yao S (2022) 전사체 분석을 통해 외인성 브라시놀라이드가 반하(Pinellia ternata)의 알칼로이드 생합성 경로에서 핵심적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다. 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) 앱시식산: 과일 발달 및 숙성에 있어서의 역할. Front Plant Sci 13:817500
Hildebrandt TM, Nesi AN, Araujo VL, Brown HP (2015) 식물의 아미노산 이화작용. Mol Plant 8(11):1563–1579
Horvath IT, Mehdi H, Fabos V, Boda L, Mika LT (2008) γ-벨로락톤: 지속 가능한 에너지 및 탄소 함유 화학 유체. 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) 식물 생물자극제: 비생물적 스트레스에 대한 식물 적응력 향상을 위한 메커니즘 및 응용. 토양과학 및 식물영양학 저널 24:6641–6690

Kishore PBK, Tiozone RN Jr, Fernie AR, Srinivasulu N (2022) 앱시식산과 식물 생장, 발달 및 수확량 안정성 조절에서의 역할. 식물과학 동향 27(12):1283–1295
Kumar K, Raina SK, Sultan SM (2020) 비생물적 스트레스에 대한 반응에서 아라비도프시스 MAPK 신호 전달 경로 및 그 상호 작용. 식물 생화학 및 생명공학 저널 29(4):700–714
Lee D, Yeon YJ (2020) 입체선택적 화학효소법을 이용한 레불린산으로부터 (R)-γ-발레르산의 합성. 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) 티아디졸린은 에틸렌, 옥신 및 사이토키닌 간의 복잡한 상호작용을 조절하여 목화 잎의 탈락을 촉진한다. 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) 비생물적 스트레스 하에서 알팔파의 GH3 패밀리의 분자적 특성 규명. Gene 851:146982
Li Yan, Han Shuai, Qi Yong (2023b) 식물 옥신 반응 인자의 구조 및 기능에 대한 연구 진행 상황. 통합 식물 생물학 저널 65(3):617–632
Ma X, Zhang Y, Tureckova V, Xue GP, Ferney AR, Müller-Robert B, Balazadeh S (2018) NAC 전사 인자 SlNAP2는 토마토 잎 노화와 과일 수확량을 조절합니다. Acta Physiologica Sinica 177(3):1286–1302.
Machik M., Gryta A., Frack M. (2020) 농업용 생물비료: 개념, 전략 및 토양 미생물에 미치는 영향. 농업진보 162:31–87
Moshinets OV, Babenko LM, Rogalsky SP, Jungin OS, Foster J, Kosakiwska IV, Potters G, Spears AJ (2019)는 세균 군집 감지 신호인 N-헥사노일-L-호모세린 락톤(C6-HSL)으로 겨울 밀 종자를 전처리하여 식물 생장 및 종자 수확량을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주었습니다. PLoS ONE 14(2):e0209460
Müller M. (2021) 적과 친구를 구별할 수 없음: 비생물적 스트레스 하에서의 앱시식산과 에틸렌의 상호작용. Plants-Basel 10(3):448
Moon HI, Kwon MK, Lee NR, Song SY, Song DH, Lee CH (2021) 질량 분석 기반 대사체학을 이용하여 다양한 토마토의 대사물질 및 기능적 특성을 비교하였다. Front Nutr 8:659646
Ning Yi, Ding Yongkang, Chang Yonghong, Zhang Shuai, An Haiming, Fu Yongjun (2023) 낮은 농도의 메틸 자스모네이트는 식물 호르몬 신호 전달과 트리테르페노이드 합성 사이의 균형을 통해 Podocarpus macrophyllus의 성장을 촉진한다. Plant Growth Regulation 101(1):187–199
Pavlovich PV, Koshy P (2022) 유전자 발현 순서의 차이: RNA-seq 데이터 분석. Methods Mol Biol (Clifton NJ) 2508:279–318
Prisa D, Fresco R, Spagnuolo D (2023) 작물 생산 및 저항성 향상에 있어 미생물 생물비료의 적용: 검토. Agric Basel 13(9):1666
Ren Feng, Liu Ning, Gao Bing, Shen Hui, Li Shuai, Li Li, Zheng Dan, Shen Wei, Gao Ning (2024) 토마토 묘목의 군집 형성 및 생장 촉진을 위한 *Stenotrophomonas stearothermiae*의 휘발성 유기 화합물 식별. 응용미생물학 저널 135(10):lxae248
Ullah S, Schmidt A, Reichelt M, Tsai SJ, Gershenzon J (2022) 포플러에서 살리실산과 자스몬산 신호 전달 경로 사이에는 길항적 상호 작용이 존재하지 않는다. New Botanist 235(2):701–717
Wang Zhiqiang, Gou Xiaodong (2020) 수용체 유사 단백질 키나아제는 식물 발달 조절에서 MAPK의 상류에 위치한다. International Journal of Molecular Sciences 21(20):7638
Wang Chao, Zhang Jie, Li Jie, Xie Jun, Chai Qiang (2024) 외인성 메틸 자스몬산은 수경재배 부추의 내인성 호르몬 합성을 조절하여 생장과 광합성을 촉진한다. 원예과학 327:112861
Young T, Davis PJ, Reid JB (1996) 완전광 조건에서 완두콩 줄기 신장 조절에 있어 옥신과 지베렐린의 상대적 역할에 대한 유전적 분석. Acta Physiologica Sinica 110(3):1029–1034
Yu Z, Zhang F, Friml J, Ding Z (2022) 옥신 신호전달: 지난 30년간의 연구 진행 상황. 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 대사산물은 특정 토마토 뿌리 삼출물을 유도하여 근권 집락화를 향상시킵니다. 13(5):664
Zhou Chao, Li Shuai, Zheng Yong, Lei Peng, Chen Yong, Ying Hua, Gao Ning (2022) 고에너지 인산 화합물은 광합성, 생장 및 전신 안정성과 관련된 과정을 유도하여 상추 생장을 촉진합니다. 토양과학 및 식물영양학 저널 22(2):1955–1969
Zhou X, Shen H, Yan X, Ma X, Leng J, Sun Y, Gao N (2024a) 아세토인은 대사 경로를 활성화하여 상추 묘목의 식물 생장을 촉진하고 염분 스트레스를 완화합니다. Plants-Basel 13(23):3312
Zhou Chao, Zheng Yong, Leng Jun, Ma Chao, Niu Hui, Chen Yong, Ying Hui, Gao Ning (2024b) 외인성 카다베린 인산염이 상추 묘목의 생장, 광합성 및 유전자 발현에 미치는 영향. 중국 토양과학 및 식물영양학회지 24(1):537–546
저희는 컴퓨팅 자원을 제공해 주신 난징공업대학교 고성능 컴퓨팅 센터에 진심으로 감사드립니다.
본 연구는 중국 국가자연과학기금(32172673 및 31972503)과 난징공업대학교 학생 혁신 및 창업 교육 플랫폼 프로젝트(2025DC0047, 2025DC1680, 2025DC1682)의 지원을 받아 수행되었습니다.
난징공업대학교 생명공학 및 제약공학과, 중국 난징 211816
장쑤성 대기환경 모니터링 및 오염 제어 핵심 연구실, 대기환경 및 장비 기술 협력 혁신 센터, 난징 정보과학기술대학교 환경과학공학과, 난징 210044, 중국
개념화, Shanshan Li; 데이터 큐레이션: Xiyue Sha, Shanshan Li, Hui Shen; 공식 분석, Fangfang Ren 및 Xin Tao; 자금 인수: Nan Gao, Weiye Chen, Xiyue Sha 및 Zhuorui Li; 방법론, Fangfang Ren 및 Weiye Chen; 프로젝트 관리, Nan Gao; 집필 – 원본 초안, Fangfang Ren 및 Hui Shen; 집필, 검토 및 편집: Weishou Shen, Hui Shen 및 Nan Gao.
Springer Nature는 발행된 지도에 나타난 영토 주장 및 기관 소속에 대해 중립적인 입장을 유지합니다.
Springer Nature 또는 그 라이선스 제공자(예: 협회 또는 기타 파트너)는 저자 또는 기타 저작권 보유자와의 출판 계약에 따라 이 논문에 대한 독점적 저작권을 보유합니다. 저자가 승인된 원고 버전을 자체 게시하는 것은 해당 출판 계약 및 관련 법률의 조항을 전적으로 준수해야 합니다.