Участие активных форм кислорода и оксида азота в защите пшеницы с геном Sr25 от стеблевой ржавчины

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Роль активных форм кислорода (АФК) и оксида азота NO в защите мягкой пшеницы Triticum aestivum L. от ржавчинного гриба Puccinia graminis f. sp. tritici Erikss. and Henn. (Pgt) была изучена на примере взаимодействия с устойчивой линией мягкой пшеницы сорта Thatcher с геном Sr25 от пырея удлиненного Thinopyrum ponticum (ТсSr25) и восприимчивым сортом Саратовская 29 (С29). Проростки были обработаны салициловой кислотой (СК) в качестве индуктора АФК, верапамилом ингибитором Са2+-каналов, донором NO нитропруссидом натрия (НП) и поглотителем NO 2-фенил-4,4,5,5-тетраметилимидазолин-1-оксил-3-оксидом (c-PTIO). Для заражения проростков использовали изоляты с реакцией 0 (иммунитет) и 1 (устойчивость с проявлением реакции сверхчувствительности, СВЧ). NO стимулировал ориентацию ростковых трубок и образование аппрессориев Pgt на поверхности устойчивых растений, а в восприимчивых усиливал рост колоний при обработке растений за 1 сут или одновременно с инокуляцией. Генерация супероксид-аниона была основной причиной гибели аппрессориев Pgt на устьицах устойчивых растений, а NO не влиял на проникновение в ткани. АФК индуцировали реакцию СВЧ и ускоряли разрушение цитоплазмы клеток, а NO способствовал расширению зоны некроза в устойчивых растениях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Кнауб

Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

Автор, ответственный за переписку.
Email: lya.plotnikova@omgau.org
Россия, Омск, 644008

Л. Я. Плотникова

Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

Email: lya.plotnikova@omgau.org
Россия, Омск, 644008

Список литературы

  1. FAOSTAT. 2021. https://www.fao.org/faostat (accessed on 12 May 2024).
  2. Singh R.P., Hodson D.P., Jin Y., Lagudah E.S., Ayliffe M.A., Bhavani S. et al. // Phytopathology. 2015. V. 10. P. 872–884.
  3. Hovmøller M.S., Walter S., Bayles R., Hubbard A., Flath K., Sommerfeldt N. et al.// Plant Pathol. 2016. V. 65. P. 402–411. https://doi.org/10.1111/ppa.12433
  4. Baranova O.A., Sibikeev S.N., Konkova E.A. // Proceedings on Applied Botany. Genetics and Breeding. 2023. V. 184. № 1. P. 177–186. https://doi.org/10.30901/ 2227-8834-2023-1-177-186
  5. Gultyaeva E., Shaydayuk E., Kosman E. // Agriculture. 2022. V. 12. № 1957. https://doi.org/10.3390/agriculture12111957
  6. Yuan M., Pok B., Ngou M., Ding P., Xin X.-F. // Curr. Opin. Plant Biol. 2021. V. 62. № 102030. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102030
  7. Chen J., Gutjahr C., Bleckmann A., Dresselhaus T. // Mol. Plant. 2015. V. 8. P. 595–611. https://doi.org/10.1016/j.molp.2015.01.023
  8. Delledonne M., Xia Y., Dixon R.A., Lamb C. // Nature. 1998. V. 394. P. 585–588.
  9. Аллагулова Ч.Р., Юлдашев Р. А., Авальбаев А.М. // Физиология растений. 2023. Т. 70. № 2. С. 115–132. https://doi.org/10.31857/S0015330322600437
  10. Мамаева А.С., Фоменков А.А., Носов А.В., Новикова Г.В. // Физиология растений. 2017. Т. 64. № 5. С. 346–354. https://doi.org/10.7868/S0015330317050074
  11. Sun C., Zhang Y., Liu L., Liu X., Li B., Jin C., Lin X. // Hortic. Res. 2021. V. 8. № 71. https://doi.org/10.1038/s41438-021-00500-7
  12. Kolbert Z., Barroso J.B., Brouquisse R., Corpas F.J., Gupta K.J., Lindermayr C., et al. // Nitric Oxide. 2019. V. 93. P. 53–70. https://doi.org/10.1016/j.niox.2019.09.006
  13. Hancock J.T., Neill S.J. // Plants. 2019. V. 8. P. 41. https://doi.org/10.3390/plants8020041
  14. Maslennikova D.R., Allagulova C.R., Fedorova K.A., Plotnikov A.A., Avalbaev A.M., Shakirova F.M. // Russ. J. Plant Physiol. 2017. V. 64. P. 665–671. https://doi.org/10.1134/S1021443717040094
  15. Карпец Ю.В., Колупаев Ю.Е., Луговая А.А., Швиденко Н.В., Шкляревский М.А., Ястреб Т.О. // Физиология растений. 2020. Т. 67. № 4. С. 408–416. https://doi.org/10.31857/S0015330320030148
  16. Bezrukova M.V., Lubyanova A.R., Maslennikova D.R., Shakirova F.M., Kudoyarova G.R. // Russ. J. Plant Physiol. 2021. Т. 68. № 2. С. 307–314. https://doi.org/ 10.1134/S1021443721010040
  17. Zhang C., Czymmek K.J., Shapiro A. D. // Mol. Plant Microbe Interact. 2003. V. 16. P. 962–972.
  18. Shafiei R., Hang C., Kang J.G., Loake G.J. // Mol. Plant Pathol. 2007. V. 8. P. 773–784.
  19. Khan M., Ali S., Al Azzawi T.N.I., Yun B.-W. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 4782. https://doi.org/10.3390/ijms24054782
  20. Martínez-Medina A., Pescador L., Terrón-Camero L.C., Pozo M.J., Romero-Puertas M.C. // J. Exp. Bot. 2019. V. 70. № 17. P. 4489–4503. https://doi.org/10.1093/jxb/erz289
  21. Guo P., Cao Y., Li Z., Zhao B. // Plant, Cell & Environment. 2004. V. 27. P. 473–477.
  22. Tada Y., Mori T., Shinogi T., Yao N., Takahashi S., Betsuyaku S., et al. // Mol. Pl.-Micr. Int. 2004. V. 17. P. 245–253.
  23. Qiao M., Sun J., Liu N., Sun T., Liu G., Han S. et al. // PLoS ONE. 2015. V. 10. № 7. e0132265. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0132265
  24. Plotnikova L., Knaub V., Pozherukova V. // Int. J. Plant Biol. 2023. V. 14. P. 435–457. https://doi.org/10.3390/ijpb14020034
  25. McIntosh R.A., Wellings C.R., Park R.F. (Eds.). Wheat Rusts. An Atlas of Resistance Genes. Dordrecht: Springer, 1995. 200 p. https://doi.org/10.1071/9780643101463
  26. Roelfs A.P., Martens J.W. // Phytopathology. 1988. V. 78. P. 526–533.
  27. Тютерев С.Л. Научные основы индуцированной болезнеустойчивости растений.СПб.: ООО “Инновационный центр защиты растений”. ВИЗР, 2002. 328 с.
  28. Xu H., Heath M.C. // Plant Cell. 1998. V. 10. P. 585–597. https://doi.org/10.1105/tpc.10.4.585
  29. Garcia-Mata C., Lamattina L. // Plant Physiology. 2001. V. 126(3). P. 1196–1204. https://doi.org/10.1104/pp.126.3.1196
  30. Wang J., Higgins V.J. // Physiol. Mol. Plant Pathol. 2006. V. 67. P. 131–137. https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2005.11.002
  31. Михайлова Л.А., Квитко К.В. // Микология и фитопатология. 1970. Т. 4. № 4. С. 269–273.
  32. Фатхутдинова Д.Р., Сахабутдинова А.Р., Максимов И.В., Яруллина Л.Г., Шакирова Ф.М. // Агрохимия. 2004. № 8. С. 27–31.
  33. Bindschedler L.V., Minibayeva F., Gardner S.L., Gerrish C., Davies D.R., Bolwell G.P. // New Phytologist. 2001. V. 151. № 2. P. 185–194
  34. Карпец Ю.В., Колупаев Ю.Е., Вайнер А.А. // Физиология растений. 2015. Т. 62. № 1. С. 72–78. https://doi.org/10.7868/S0015330314060098
  35. Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г., Джалилова Х.Х., Ильина Г.М., Чубатова Н.В. // Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. М.: Издательство МГУ, 2004. 312 с.
  36. Plotnikova L.Y., Meshkova L.V. // Mikol. Fitopatol. 2009. V. 43. P. 343–357.
  37. Доспехов Б.А. // Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 5 изд. 351 с.
  38. Мамаева А.С., Фоменков А.А., Носов А.В., Мошков И.Е., Мур Л.А.Д., Холл М.А. и др. // Физиология растений. 2015. Т. 62. С. 459–473. https://doi.org/10.7868/S0015330315040132
  39. Piterková J., Hofman J., Mieslerová B., Sedlářová M., Luhová L., Lebeda A., Petřivalský M. // Environ.Exp. Bot. 2011. V. 74. P. 37–44.
  40. Delledonne M., Zeier J., Marocco A., Lamb C. // Proc. Natl. Acad. Sci. Unit. States Am. 2001. V. 98. P. 13454–13459.
  41. Fang F.C. // J. Clin. Invest. 1997. V. 99. P. 2818–2825.
  42. Hunt M.D., Ryals J.A. // Crit. Rev. Plant. Sci. 1996. V. 15. P. 583–606.
  43. Heath M.C. // Plant Mol. Biol. 2000. V. 44. Р. 321–334.
  44. Melotto M., Zhang L., Oblessuc P.R., He S.Y. // Plant Physiol. 2017. V. 174. P. 561–571.
  45. Plotnikova L., Pozherukova V., Knaub V., Kashuba Y. // Agriculture. 2022. V. 12. № 2116. https://doi.org/10.3390/ agriculture12122116
  46. Плотникова Л.Я., Пожерукова В.Е., Митрофанова О.П., Дегтярев А.И. // Прикл. биохимия и микробиология. 2016. Т. 52. № 1. С. 74–84.
  47. Calcagno C., Novero M., Genre A., Bonfante P., Lanfranco L. // Mycorrhiza. 2012. V. 22. P. 259–269.
  48. Cui J.L., Wang Y.N., Jiao J., Gong Y., Wang J.H., Wang M.L. // Scientific Reports. 2017. V. 7. № 12540. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12895-2
  49. Максимов И.В., Черепанова Е.А. // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. С. 250–261.
  50. Kolupaev Yu.E., Karpets Yu.V., Dmitriev A.P. // Cytol. Genet. 2015. V. 49. № 5. P. 338–348. https://doi.org/10.3103/S0095452715050047
  51. Rockel P., Strube F., Rockel A., Wildt J., Kaiser W.M. // J. Exp. Bot. 2002. V. 53. P. 103–110.
  52. Romero-Puertas M.C., Campostrini N., Mattè A., Righetti P.G., Perazzolli M., Zolla L., et al.// Proteomics. 2008. V. 8. P. 1459–1469.
  53. Foissner I., Wendehenne D., Langebartels C., Durner J. // Plant J. 2000. V. 23. P. 817–824.
  54. Romero-Puertas M.C., Delledonne M. // IUBMB Life.2003. V. 55 № 10–11. P. 579–583. https://doi.org/10.1080/15216540310001639274

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика изменения содержания супероксид-аниона O2•– в инфицированных P. graminis f. sp. tritici растениях восприимчивого сорта пшеницы и устойчивой линии при обработке фармакологическими препаратами: С-29 – Саратовская 29; Тс-1 и Тс-2 – линия ТсSr25, инфицированная изолятами Pgt1 и Pgt2, соответственно; Ве – верапамил; НП – нитропруссид натрия; РТ – с-PTIO; СК – салициловая кислота; –1, 0 и 1 – обработка растений препаратами за 24 ч, одновременно и через 24 ч п/ин. 0, 12, 24, 48 – время после инокуляции (ч).

Скачать (213KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика накопления пероксида водорода Н2О2 (а, в, д) и оксида азота NO (б, г, е) в тканях сорта Саратовская 29 (а, б) и линии ТсSr25 при инфицировании изолятами Pgt1 (в, г) и Pgt2 (д, е): СК – салициловая кислота; Ве – верапамил; НП – нитропруссид; РТ – с-PTIO; –1, 0 и 1 – обработка растений препаратами за 24 ч, одновременно и через 24 ч п/ин. 0, 12, 24, 48, 72, 120, 240 – время после инокуляции, ч.

Скачать (607KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты влияния индукторов генерации АФК и NO на развитие Pgt на восприимчивом сорте Саратовская 29 (С29) (а, в, д) и устойчивой линии TcSr25 (б, г, е–т): а – пустой аппрессорий на устьице, б – аппрессорий на устьице с окрашенными митохондриями, в – колония с инфекционными гифами и гаусториями в мезофилльных клетках, г – накопление Н2О2 в цитоплазме отмершего аппрессория и появление отложений на стенках замыкающих клеток устьица, д – накопление O2•– в цитоплазме аппрессория и ПВ на устойчивом растении, е – накопление Н2О2 в аппрессории и ПВ, ж – повреждение цитоплазмы замыкающих клеток устьиц (стрелка), з – накопление Н2О2 в цитоплазме замыкающих клеток устьиц и примыкающих клеток, и – начальный этап гибели клетки растения в результате реакции СВЧ после внедрения гаустории, к – накопление Н2О2 в аппрессории и клетке, отмершей после внедрения гаустории, л – усиление окраски цитоплазмы клетки, погибшей в результате реакции СВЧ после обработки СК, м – автофлуоресценция цитоплазмы клетки, отмершей в результате реакции СВЧ после обработки СК, н – клетки растения с усиленной окраской и погибшие в результате реакции СВЧ, о – интенсивная реакция СВЧ в зоне колонии в устойчивой линии после обработки СК, п – автофлуоресценция отмерших клеток в зоне пустулы, р – образование инфекционных структур после обработки верапамилом, с – некротические клетки, погибшие в результате реакции СВЧ и зона коллапсированных клеток с усиленной окраской цитоплазмы (стрелка) после обработки НП, т – интенсивная автофлуоресценция клетки с разрушенной в ходе СВЧ цитоплазмой (стрелка) и слабая автофлуоресценция коллапсированных клеток рядом. Окраска: а, в, ж, и, л, н. о, р – анилиновый синий; б, д – НСТ; г, к, с – анилиновый синий + ДАБ; е, з – ДАБ; м, п, т – автофлуоресценция. Обозначения: ап – аппрессорий, га – гаустория, иг – инфекционная гифа, нк – некротическая клетка растения, окс – отложения на клеточной стенке, пв – подустьичная везикула, рт – ростковая трубка, с – спора, у – устьице, уп – урединиопустула.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние обработки фармакологическими препаратами на площадь колоний патогена и зоны реакции СВЧ (240 ч п/ин): площадь, мкм2∙103: I – колонии, II – зоны некроза. С29-2 – сорт Саратовская 29 инфицированный изолятом Pgt2, Тс-1 и Тс-2 – линия TcSr25, инфицированная изолятами Pgt1 и Pgt2, соответственно. Варианты опыта: к – контроль; 1, 2, 3 – обработка СК; 4, 5, 6 – обработка верапамилом; 7, 8, 9 – обработка НП; 10, 11, 12 – обработка с-PTIO; сроки применения препаратов: 1, 4, 7, 10 – за 24 ч до инокуляции; 2, 5, 8, 11 – одновременно с инокуляцией; 3, 6, 9, 12 – через 24 ч после инокуляции.

Скачать (228KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024