Uniconazolist ein TriazolPflanzenwachstumsregulatorUniconazol wird häufig zur Regulierung der Pflanzenhöhe und zur Verhinderung übermäßigen Wachstums von Sämlingen eingesetzt. Der molekulare Mechanismus, durch den Uniconazol das Hypokotylwachstum von Sämlingen hemmt, ist jedoch noch unklar, und es gibt nur wenige Studien, die Transkriptom- und Metabolomdaten kombinieren, um diesen Mechanismus zu untersuchen. In der vorliegenden Studie beobachteten wir, dass Uniconazol das Hypokotylwachstum von Sämlingen des Chinesischen Blütenkohls signifikant hemmte. Interessanterweise fanden wir anhand der kombinierten Transkriptom- und Metabolomanalyse heraus, dass Uniconazol den Phenylpropanoid-Biosyntheseweg signifikant beeinflusst. In diesem Stoffwechselweg war lediglich ein Gen der Enzymregulationsgenfamilie, BrPAL4, das an der Ligninbiosynthese beteiligt ist, signifikant herunterreguliert. Darüber hinaus zeigten Hefe-Ein-Hybrid- und Zwei-Hybrid-Assays, dass BrbZIP39 direkt an die Promotorregion von BrPAL4 binden und dessen Transkription aktivieren kann. Das virusinduzierte Gen-Silencing-System zeigte weiterhin, dass BrbZIP39 die Hypokotylverlängerung von Chinakohl und die Hypokotyl-Ligninsynthese positiv reguliert. Die Ergebnisse dieser Studie liefern neue Erkenntnisse zum molekularen Regulationsmechanismus von Cloconazol bei der Hemmung der Hypokotylverlängerung von Chinakohl. Erstmals wurde bestätigt, dass Cloconazol den Ligningehalt durch Hemmung der Phenylpropanoidsynthese, vermittelt durch das BrbZIP39-BrPAL4-Modul, reduziert und dadurch zu Hypokotylverzwergung bei Chinakohl-Keimlingen führt.
Chinakohl (Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee) gehört zur Gattung Brassica und ist ein bekanntes, einjähriges Kreuzblütlergemüse, das in meinem Land weit verbreitet angebaut wird (Wang et al., 2022; Yue et al., 2022). In den letzten Jahren hat die Produktion von Chinakohl stetig zugenommen, und die Anbaumethode hat sich von der traditionellen Direktsaat hin zur intensiven Anzucht und Verpflanzung von Jungpflanzen gewandelt. Bei der intensiven Anzucht und Verpflanzung kommt es jedoch häufig zu übermäßigem Hypokotylwachstum, was zu langen, vergeilten Sämlingen und damit zu einer geringeren Qualität führt. Die Kontrolle des übermäßigen Hypokotylwachstums ist daher ein dringendes Problem bei der intensiven Anzucht und Verpflanzung von Chinakohl. Bislang gibt es nur wenige Studien, die Transkriptomik- und Metabolomikdaten integrieren, um den Mechanismus der Hypokotylverlängerung zu erforschen. Der molekulare Mechanismus, durch den Chlorantazol die Hypokotylverlängerung in Chinakohl reguliert, ist bisher noch nicht untersucht worden. Ziel dieser Studie war es, die Gene und molekularen Signalwege zu identifizieren, die auf Uniconazol-induziertes Hypokotylwachstum bei Chinakohl reagieren. Mithilfe von Transkriptom- und Metabolomanalysen sowie Hefe-Ein-Hybrid-Analysen, Dual-Luciferase-Assays und Virus-induziertem Gen-Silencing (VIGS) konnten wir zeigen, dass Uniconazol Hypokotylwachstum bei Chinakohl durch Hemmung der Ligninbiosynthese in Keimlingen induziert. Unsere Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse zum molekularen Regulationsmechanismus, durch den Uniconazol das Hypokotylwachstum in Chinakohl hemmt, indem es die Phenylpropanoidbiosynthese über das BrbZIP39–BrPAL4-Modul inhibiert. Diese Ergebnisse könnten wichtige praktische Implikationen für die Verbesserung der Qualität von kommerziellen Setzlingen und die Sicherung von Ertrag und Qualität im Gemüseanbau haben.
Das vollständige BrbZIP39-ORF wurde in pGreenll 62-SK inseriert, um den Effektor zu erzeugen, und das BrPAL4-Promotorfragment wurde mit dem Luciferase-(LUC)-Reportergen von pGreenll 0800 fusioniert, um das Reportergen zu generieren. Die Effektor- und Reportergenvektoren wurden gemeinsam in Tabakblätter (Nicotiana benthamiana) transformiert.
Um die Zusammenhänge zwischen Metaboliten und Genen zu klären, führten wir eine gemeinsame Metabolom- und Transkriptomanalyse durch. Die KEGG-Pathway-Anreicherung zeigte, dass differentiell exprimierte Gene (DEGs) und differentiell assoziierte Metabolite (DAMs) in 33 KEGG-Pathways gemeinsam angereichert waren (Abbildung 5A). Der Phenylpropanoid-Biosynthese-Pathway war dabei am stärksten angereichert; auch der Photosynthese-Kohlenstofffixierungs-Pathway, der Flavonoid-Biosynthese-Pathway, der Pentose-Glucuronsäure-Interkonversion-Pathway, der Tryptophan-Stoffwechsel-Pathway und der Stärke-Saccharose-Stoffwechsel-Pathway waren signifikant angereichert. Die Heatmap (Abbildung 5B) zeigte, dass die mit den DEGs assoziierten DAMs in mehrere Kategorien unterteilt sind, wobei Flavonoide die größte Kategorie bilden. Dies deutet darauf hin, dass der Phenylpropanoid-Biosynthese-Pathway eine entscheidende Rolle beim Hypokotyl-Zwergwuchs spielt.
Die Autoren erklären, dass die Forschung ohne jegliche kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.
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Veröffentlichungsdatum: 24. März 2025