Uniconazolist ein TriazolPflanzenwachstumsregulatordas häufig verwendet wird, um die Pflanzenhöhe zu regulieren und übermäßiges Wachstum von Sämlingen zu verhindern. Der molekulare Mechanismus, durch den Uniconazol die Hypokotylverlängerung von Sämlingen hemmt, ist jedoch noch unklar und es gibt nur wenige Studien, die Transkriptom- und Metabolomdaten kombinieren, um den Mechanismus der Hypokotylverlängerung zu untersuchen. Hier haben wir beobachtet, dass Uniconazol die Hypokotylverlängerung bei Sämlingen von chinesischem Blumenkohl signifikant hemmte. Interessanterweise fanden wir basierend auf der kombinierten Transkriptom- und Metabolomanalyse heraus, dass Uniconazol den Weg der „Phenylpropanoid-Biosynthese“ signifikant beeinflusst. In diesem Weg war nur ein Gen der enzymregulatorischen Genfamilie, BrPAL4, das an der Ligninbiosynthese beteiligt ist, signifikant herunterreguliert. Außerdem haben Hefe-Ein-Hybrid- und Zwei-Hybrid-Tests gezeigt, dass BrbZIP39 direkt an die Promotorregion von BrPAL4 binden und dessen Transkription aktivieren kann. Das virusinduzierte Gen-Silencing-System bewies zudem, dass BrbZIP39 die Hypokotylverlängerung von Chinakohl und die Hypokotylligninsynthese positiv regulieren kann. 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 durch das BrbZIP39-BrPAL4-Modul vermittelten Phenylpropanoidsynthese reduziert und dadurch zu Hypokotylverkümmerung bei Chinakohlsämlingen 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 ist (Wang et al., 2022; Yue et al., 2022). In den letzten Jahren hat die Produktion von chinesischem Blumenkohl weiter zugenommen, und die Anbaumethode hat sich von der traditionellen Direktsaat zur intensiven Sämlingskultur und zum Umpflanzen gewandelt. Bei der intensiven Sämlingskultur und beim Umpflanzen führt übermäßiges Hypokotylwachstum jedoch tendenziell zu langbeinigen Sämlingen, was eine mindere Sämlingsqualität zur Folge hat. Daher ist die Kontrolle übermäßigen Hypokotylwachstums ein dringendes Problem bei der intensiven Sämlingskultur und beim Umpflanzen von Chinakohl. Derzeit gibt es nur wenige Studien, die Transkriptomik- und Metabolomik-Daten integrieren, um den Mechanismus der Hypokotylverlängerung zu erforschen. Der molekulare Mechanismus, durch den Chlorantazol die Hypokotylvergrößerung bei Chinakohl reguliert, ist noch nicht untersucht. Wir wollten herausfinden, welche Gene und molekularen Signalwege auf die durch Uniconazol induzierte Hypokotylverkümmerung bei Chinakohl reagieren. Mithilfe von Transkriptom- und Metabolomanalysen sowie einer Hefe-Einhybrid-Analyse, einem dualen Luciferase-Assay und einem Virus-induzierten Gen-Silencing-Assay (VIGS) fanden wir heraus, dass Uniconazol durch Hemmung der Ligninbiosynthese in Chinakohlsetzlingen Hypokotylverkümmerung bei Chinakohl induzieren kann. Unsere Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse zum molekularen Regulationsmechanismus, durch den Uniconazol die Hypokotylverlängerung bei Chinakohl durch Hemmung der durch das BrbZIP39–BrPAL4-Modul vermittelten Phenylpropanoid-Biosynthese hemmt. Diese Ergebnisse könnten wichtige praktische Auswirkungen auf die Verbesserung der Qualität kommerzieller Setzlinge und die Sicherung von Ertrag und Qualität von Gemüse haben.
Zur Erzeugung des Effektors wurde der vollständige ORF BrbZIP39 in pGreenll 62-SK inseriert, und das BrPAL4-Promotorfragment wurde mit dem pGreenll 0800 Luciferase (LUC)-Reportergen fusioniert, um das Reportergen zu erzeugen. Die Effektor- und Reportergenvektoren wurden gemeinsam in Tabakblätter (Nicotiana benthamiana) transformiert.
Um die Beziehungen zwischen Metaboliten und Genen zu klären, führten wir eine gemeinsame Metabolom- und Transkriptomanalyse durch. Die Anreicherungsanalyse des KEGG-Signalwegs zeigte, dass DEGs und DAMs in 33 KEGG-Signalwegen gemeinsam angereichert waren (Abbildung 5A). Unter diesen war der Signalweg der „Phenylpropanoid-Biosynthese“ am stärksten angereichert; die Signalwege der „Photosynthetischen Kohlenstofffixierung“, der „Flavonoid-Biosynthese“, der „Pentose-Glucuronsäure-Umwandlung“, der „Tryptophan-Stoffwechsel“ und der „Stärke-Saccharose-Stoffwechsel“ waren ebenfalls deutlich angereichert. Die Wärmeclusterkarte (Abbildung 5B) zeigte, dass die mit DEGs assoziierten DAMs in mehrere Kategorien unterteilt waren, darunter Flavonoide die größte Kategorie, was darauf hindeutet, dass der Signalweg der „Phenylpropanoid-Biosynthese“ eine entscheidende Rolle beim Hypokotyl-Zwergwuchs spielte.
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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Veröffentlichungszeit: 24. März 2025