DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95165-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40175406
تاريخ النشر: 2025-04-02
المؤلف: Yanyan Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثيرات السيلينيوم النانوي على نمو وجودة التغذية لباك تشوي (Brassica chinensis var. pekinensis cv. ‘Suzhouqing’). تسلط الدراسة الضوء على أن السيلينيوم النانوي، وخاصة عند تركيز منخفض قدره 5 ملغ L\(^{-1}\)، يعزز بشكل كبير وزن الأوراق ومحتوى السيلينيوم الكلي بينما يعدل المستقلبات الأولية مثل الأحماض الأمينية القابلة للذوبان، والبروتينات، والسكريات، وحمض الأسكوربيك. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر على المستقلبات الثانوية بما في ذلك الجلوكوسينولات، والأحماض الفينولية، والفلافونويدات. تشير النتائج إلى أن هذه التحسينات في النمو وجودة التغذية مرتبطة بتنظيم المسارات الأيضية المرتبطة بتمثيل المركبات السيلينية وتخليق الفينيلبروبانيدات والفلافونويدات، التي يتم التوسط فيها بواسطة إنزيمات رئيسية مثل ميثيونين S-ميثيل ترانسفيراز وفينيل ألانين أمونيا-لايز.
تحلل البيانات المشتركة بين النسخ والتمثيل الأيضي توضح أيضًا الآليات الفسيولوجية والجزيئية التي يؤثر بها السيلينيوم النانوي على نمو النبات. تم تحديد المسارات الرئيسية المعنية في امتصاص السيلينيوم واستيعابه، بالإضافة إلى تخليق الأحماض الأمينية والفلافونويدات، بما في ذلك تلك التي تنظمها إنزيمات مثل 4-كومارات-CoA ليغاز وفلافونول سينثاز. توفر هذه الرؤى فهمًا شاملاً لشبكات تنظيم الجينات المعنية في استجابة باك تشوي للسيلينيوم النانوي، مما يقدم دعمًا نظريًا وتقنيًا قيمًا لاستراتيجيات التربية والزراعة التي تهدف إلى إنتاج محاصيل غنية بالسيلينيوم.
طرق
في هذه الدراسة، كان المادة التجريبية المستخدمة هي Suzhouqing، مع بذور مأخوذة من شركة Jiangxi Ruibao Seed Co.، LTD. تضمنت عملية التربية خطًا ذكريًا معقمًا سيتوبلازميًا، Ogu-CMS0173، مستمدًا من الجينوم الخفيف لأوراق Suzhouqing، والذي يعمل كالأب الأم. الأب الذكري، المسمى 9,960، يتميز بأنه خط هجين ذو أوراق خضراء داكنة مع شكل شجرة كبير، تم تطويره من خلال جهود تربية واسعة ضمن سلالة Suzhouqing. تهدف هذه الاستراتيجية في التربية إلى تعزيز سمات زراعية محددة في النسل الناتج.
نتائج
في قسم النتائج، تقدم الدراسة تحليلًا شاملاً لبيانات النسخ والتمثيل الأيضي لتقييم تأثير تغييرات المستقلبات على Suzhouqing. قام الباحثون بحساب تغيير الطي (FC) والقيم المرتبطة بها لتحديد المستقلبات الرئيسية، باستخدام مجموعة مرجعية للمقارنة. من الجدير بالذكر أن المستقلبات التي كانت قيمتها p أقل من 0.05 وتغيير مطلق أكبر من 2 تم تسليط الضوء عليها، بما في ذلك حمض الفيذوديك، والأرينوبيفاجين، واللوبيبتين، وأستات الموندولون، مما يشير إلى اختلافات كبيرة بين المجموعات.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات عن إثراء كبير للمستقلبات المختلفة عبر عدة مسارات أيضية، بما في ذلك تخليق الأحماض الأمينية، واستقلاب الكربون، واستقلاب السكريات الأمينية وسكريات النوكليوتيد، واستقلاب المركبات السيلينية، واستقلاب البيروفات. تؤكد هذه النتائج على الأهمية المحتملة لهذه المستقلبات في العمليات البيولوجية قيد التحقيق، مما يستدعي المزيد من الاستكشاف.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات تطبيق السيلينيوم النانوي على وزن الأوراق، وجودة التغذية، ومحتوى السيلينيوم الكلي للخضار الصليبية Suzhouqing. أشارت النتائج إلى أن تطبيق السيلينيوم النانوي أثر بشكل كبير على عدة معايير فسيولوجية وكيميائية حيوية. على وجه الخصوص، أدت المعالجات بتركيز 5 ملغ L\(^{-1}\) (N1) و10 ملغ L\(^{-1}\) (N2) إلى زيادات ملحوظة في وزن الأوراق (29.00% و38.00%، على التوالي)، بينما أدى تركيز أعلى قدره 20 ملغ L\(^{-1}\) (N3) إلى انخفاض طفيف. بالإضافة إلى ذلك، زاد محتوى السيلينيوم الكلي عبر جميع المجموعات التجريبية مقارنةً بالتحكم، حيث عززت N1 وN2 السكريات القابلة للذوبان، والبروتينات، والأحماض الأمينية، والفينولات الكلية، والفلافونويدات، على الرغم من أن التركيزات الأعلى بدت أنها تحفز استجابات الإجهاد.
كشف تحليل النسخ عن تغييرات كبيرة في تعبير الجينات، حيث أظهر 122,425 جينًا تعبيرًا مختلفًا بين المجموعات المعالجة بالسيلينيوم النانوي والتحكم. من الجدير بالذكر أن تحليل الإثراء سلط الضوء على العمليات البيولوجية الرئيسية والمسارات المتأثرة بعلاج السيلينيوم، بما في ذلك تخليق الأحماض الأمينية واستقلاب الفينيلبروبانيد. خلصت الدراسة إلى أن السيلينيوم النانوي لا يعزز فقط إنتاجية المحاصيل وقيمتها الغذائية، بل يعدل أيضًا المسارات الأيضية الحيوية لنمو النبات واستجابات الإجهاد. تتماشى هذه النتائج مع الأبحاث السابقة على محاصيل متنوعة، مما يشير إلى أن السيلينيوم النانوي هو نهج واعد لتحسين الإنتاجية الزراعية والجودة الغذائية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95165-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40175406
Publication Date: 2025-04-02
Author(s): Yanyan Wang et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This research investigates the effects of nano-selenium on the growth and nutritional quality of pak choi (Brassica chinensis var. pekinensis cv. ‘Suzhouqing’). The study highlights that nano-selenium, particularly at a low concentration of 5 mg L\(^{-1}\), significantly enhances leaf weight and total selenium content while modulating primary metabolites such as soluble amino acids, proteins, sugars, and ascorbic acid. Additionally, it influences secondary metabolites including glucosinolates, phenolic acids, and flavonoids. The findings suggest that these improvements in growth and nutritional quality are linked to the regulation of metabolic pathways associated with selenocompound metabolism and the biosynthesis of phenylpropanoids and flavonoids, mediated by key enzymes like methionine S-methyltransferase and phenylalanine ammonia-lyase.
The combined transcriptomic and metabolomic analysis further elucidates the physiological and molecular mechanisms by which nano-selenium affects plant growth. Key pathways involved in selenium absorption and assimilation, as well as the biosynthesis of amino acids and flavonoids, were identified, including those regulated by enzymes such as 4-coumarate-CoA ligase and flavonol synthase. These insights provide a comprehensive understanding of the gene regulatory networks involved in the response of pak choi to nano-selenium, offering valuable theoretical and technical support for breeding and cultivation strategies aimed at producing selenium-rich crops.
Methods
In this study, the experimental material utilized was Suzhouqing, with seeds sourced from Jiangxi Ruibao Seed Co., LTD. The breeding process involved a male cytoplasmic sterile line, Ogu-CMS0173, derived from the light leaf germplasm of Suzhouqing, serving as the maternal parent. The male parent, designated as 9,960, is characterized as a dark green-leaved inbred line with a large tree shape, developed through extensive breeding efforts within the Suzhouqing lineage. This breeding strategy aims to enhance specific agronomic traits in the resulting progeny.
Results
In the results section, the study presents a comprehensive analysis of transcriptome and metabolome data to evaluate the impact of metabolite changes on Suzhouqing. The researchers calculated the Fold Change (FC) and associated p-values to identify key metabolites, using a reference group for comparison. Notably, metabolites with a p-value less than 0.05 and an absolute fold change greater than 2 were highlighted, including physodic acid, arenobifagin, leupeptin, and mundulone acetate, indicating significant differences among groups.
Furthermore, the analysis revealed substantial enrichment of differential metabolites across several metabolic pathways, including the biosynthesis of amino acids, carbon metabolism, amino sugar and nucleotide sugar metabolism, selenocompound metabolism, and pyruvate metabolism. These findings underscore the potential significance of these metabolites in the biological processes under investigation, warranting further exploration.
Discussion
In this study, the effects of nano-selenium application on the leaf weight, nutritional quality, and total selenium content of the cruciferous vegetable Suzhouqing were investigated. The results indicated that the application of nano-selenium significantly influenced various physiological and biochemical parameters. Specifically, treatments with 5 mg L\(^{-1}\) (N1) and 10 mg L\(^{-1}\) (N2) led to notable increases in leaf weight (29.00% and 38.00%, respectively), while a higher concentration of 20 mg L\(^{-1}\) (N3) resulted in a slight decrease. Additionally, total selenium content increased across all experimental groups compared to the control, with N1 and N2 enhancing soluble sugars, proteins, amino acids, total phenols, and flavonoids, although higher concentrations appeared to induce stress responses.
Transcriptome analysis revealed significant gene expression changes, with 122,425 genes showing differential expression between the nano-selenium treated groups and the control. Notably, the enrichment analysis highlighted key biological processes and pathways affected by selenium treatment, including amino acid biosynthesis and phenylpropanoid metabolism. The study concluded that nano-selenium not only enhances crop yield and nutritional value but also modulates metabolic pathways critical for plant growth and stress responses. These findings align with previous research on various crops, suggesting that nano-selenium is a promising approach for improving agricultural productivity and nutritional quality.