بررسی تغییرات مورفولوژیکی ناشی از سافرانال و کاهش استرس شوری در نهال‌های کاهو

ترکیبات آلی فرار گیاهی می‌توانند برای توسعه بیوستیومولان‌ها و تنظیم‌کننده‌های رشد گیاه استفاده شوند. در حالی که ترکیبات فرار از چندین گونه گیاهی غربالگری شدند، سافرانال (2,6,6-تری‌متیل‌سیکلوهگزا-1,3-دی‌ان-1-کاربالدهید)، یک آپوکاروتنوئید تولیدشده توسط زعفران (Crocus sativus L.)، به‌طور مؤثری طویل شدن ریشه اصلی (PR) در نهال‌های کاهو (Lactuca sativa L. cv. Legacy) را افزایش داد. بنابراین، ما هدفمان بررسی اثرات درمان اگزوژنیک با سافرانال بر ویژگی‌های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی نهال‌های کاهو بود. داده‌ها نشان داد که سه روز پس از درمان با 19 میکرومول بر لیتر سافرانال در تاریکی، نهال‌های کاهو افزایش قابل‌توجه‌ای در طول PR نشان دادند، در حالی که رشد هیپوکوتیل سرکوب شد.

بر اساس تحلیل‌های رونوشت‌نگاری و qRT-PCR، در مجموع 114 تغییر بیان ژنی ناشی از کاربرد سافرانال شناسایی شد، که شامل افزایش بیان ژن‌های بیوسنتز اتیلن و اسید آبسیزیک (ABA) بود. علاوه بر این، سافرانال تولید اتیلن را در ریشه‌ها و هیپوکوتیل‌ها ترویج داد؛ با این حال، AgNO3، یک مهارکننده سیگنالینگ اتیلن، تأثیری بر طول PR یا هیپوکوتیل پس از درمان با سافرانال نداشت. سافرانال به‌طور اندک محتوای ABA ریشه را افزایش داد. درمان اگزوژنیک با 1 میکرومول بر لیتر فلوئیدون (1-متیل-3-فنیل-5-[3-(تری‌فلوئورومتیل)فنیل] پیریدین-4(1 H)-ون)، یک مهارکننده بیوسنتز کاروتنوئید، تغییرات ناشی از سافرانال در طول PR یا هیپوکوتیل را به‌طور معناداری تحت تأثیر قرار نداد. سافرانال مهار طویل شدن PR و مرگ سلولی ناشی از NaCl (50 میلی‌مول بر لیتر) را در نهال‌های کاهو کاهش داد.

علاوه بر این، افزایش محتوای O2− و H2O2 ریشه ناشی از NaCl را تعدیل کرد. در مجموع، یافته‌های ما نشان می‌دهد که سافرانال اگزوژنیک طول PR و هیپوکوتیل را تنظیم می‌کند. این اثرات به نظر می‌رسد از طریق مکانیسم‌هایی مستقل از اتیلن، ABA یا گونه‌های اکسیژن واکنشی رخ دهند. سافرانال به‌طور ظاهری استرس شوری را با کاهش آسیب اکسیداتیو تعدیل کرد.

Volatile organic compounds of plant origin can be used to develop biostimulants and plant-growth regulators. While screening volatile compounds from several plant species, safranal (2,6,6-trimethylcyclohexa-1,3-diene-1-carbaldehyde), an apocarotenoid produced by saffron (Crocus sativus L.), effectively enhanced primary root (PR) elongation in lettuce (Lactuca sativa L. cv. Legacy) seedlings. Therefore, we aimed to examine the effects of exogenous safranal treatment on the morphological and physiological characteristics of lettuce seedlings.

The data showed that, three days after treatment with 19 µmol/L safranal in the dark, lettuce seedlings showed a marked increase in PR length, whereas hypocotyl growth was suppressed. Based on transcriptomic and qRT-PCR analyses, a total of 114 gene expression alterations due to safranal application were detected, including upregulations of ethylene and abscisic acid (ABA) biosynthesis genes. Additionally, safranal promoted ethylene production in both roots and hypocotyls; however, AgNO3, an ethylene-signalling inhibitor, did not affect PR or hypocotyl length after safranal treatment. Safranal slightly increased root ABA content. Exogenous treatment with 1 µmol/L fluridone (1-methyl-3-phenyl-5-[3-(trifluoromethyl)phenyl] pyridin-4(1 H)-one), a carotenoid-biosynthesis inhibitor, did not significantly affect safranal-induced changes in PR or hypocotyl length.

Safranal alleviated NaCl (50 mmol/L)-induced inhibition of PR elongation and cell death in lettuce seedlings. Moreover, it mitigated the NaCl-induced increase in root O2− and H2O2 content. Altogether, our findings suggest that exogenous safranal regulated PR and hypocotyl lengths. These effects seemingly occur through mechanisms independent of ethylene, ABA, or reactive oxygen species. Safranal apparently alleviated salinity stress by reducing oxidative damage.