Melatonin thúc đẩy sự nảy mầm của hạt dưới độ mặn cao bằng cách điều chỉnh hệ thống chống oxi hóa, tương tác giữa ABA và GA₄ trong dưa chuột (Cucumis sativus L.)

Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng melatonin có thể thúc đẩy sự nảy mầm của hạt, các cơ chế liên quan đến việc tiếp nhận và tín hiệu melatonin vẫn chưa được hiểu rõ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi phát hiện rằng melatonin được tổng hợp trong quá trình nảy mầm hạt dưa chuột, với mức độ melatonin đạt đỉnh sau 14 giờ nảy mầm. Điều này cho thấy có một mối tương quan giữa việc tổng hợp melatonin và sự nảy mầm của hạt. Trong khi đó, những hạt được tiền xử lý bằng melatonin ngoại sinh (1 μm) cho thấy tỷ lệ nảy mầm tăng dưới áp lực 150 mm NaCl so với những hạt được tiền xử lý bằng nước dưới áp lực độ mặn. Có hai cơ chế rõ ràng mà melatonin giảm thiểu sự ức chế sự nảy mầm do độ mặn gây ra. Melatonin ngoại sinh làm giảm tổn thương oxy hoá do áp lực NaCl bằng cách tăng cường biểu hiện gen của các chất chống oxy hóa. Dưới áp lực NaCl, so với nhóm chứng không điều trị, hoạt động của các enzyme chống oxy hóa bao gồm superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), và peroxidase (POD) đã tăng lên đáng kể từ khoảng 1.3 đến 5.0 lần, kèm theo mức tăng từ 1.4 đến 2.0 lần của CsCu‐ZnSOD, CsFe‐ZnSOD, CsCAT, và CsPOD trong các hạt được tiền xử lý bằng melatonin. Melatonin cũng đã giảm bớt áp lực độ mặn bằng cách ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và chuyển hóa axit abscisic (ABA) và axit gibberellic (GA) trong quá trình nảy mầm của hạt. So với điều trị NaCl, melatonin đã làm tăng đáng kể các gen chuyển hóa của ABA (vd: CsCYP707A1 và CsCYP707A2, lần lượt cao hơn 3.5 và 105 lần so với điều trị NaCl ở 16 giờ) và giảm các gen tổng hợp ABA (vd: CsNECD2, 0.29 lần của CK2 ở 16 giờ), dẫn đến sự giảm nhanh chóng của hàm lượng ABA trong giai đoạn đầu của sự nảy mầm. Đồng thời, melatonin đã tích cực làm tăng các gen tổng hợp GA (vd: GA20ox và GA3ox, lần lượt cao hơn 2.3 và 3.9 lần so với điều trị NaCl tại 0 và 12 giờ), góp phần vào sự tăng đáng kể hàm lượng GA (đặc biệt là GA₄). Trong nghiên cứu này, chúng tôi cung cấp bằng chứng mới cho thấy melatonin làm giảm tác động ức chế của áp lực NaCl đối với sự nảy mầm chủ yếu bằng cách điều chỉnh quá trình tổng hợp và chuyển hóa của ABA và GA₄.