Влияние клубеньковых и патогенных бактерий на изменение уровня оксида азота и циклического аденозинмонофосфата в корнях гороха на начальных этапах взаимодействия
https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-294-302
Аннотация
Врожденный иммунитет растения играет существенную роль на начальных этапах формирования бобово-ризобиального симбиоза. В связи с этим авторами настоящей работы была изучена динамика концентраций двух сигнальных молекул – оксида азота (NO) и циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), в корнях этиолированных проростков гороха Pisum sativum L. при взаимодействии с патогенными (Pseudomonas syringae pv. pisi) и клубеньковыми (Rhizobium leguminosarum bv. viceae) бактериями. В краткосрочных опытах обнаружен эндогенный ритм изменения содержания оксида азота в тканях корня проростков гороха, характеризующийся во временной динамике увеличением и снижением уровня оксида азота и зависящий от экзогенных факторов биотической (симбиотические и патогенные бактерии) природы. Подобные флуктуации также были обнаружены при изучении динамики уровня циклического аденозинмонофосфата под влиянием тех же биотических факторов. Наблюдаемые эффекты связаны, возможно, с влиянием на растение определенных экзометаболитов Rhizobium leguminosarum bv. viceae (Nod-факторы) и Pseudomonas syringae pv. pisi (экзополисахариды клеточных стенок), которые активируют врожденный иммунитет бобового растения. При этом различная динамика изменения изучаемых компонентов сигнальных систем растения-хозяина на начальных этапах взаимодействия с симбиотическими и патогенными микроорганизмами имеет различную функцию: при симбиозе регуляторную, а при патогенезе – защитную. Предполагается, что изменение динамики компонентов NO-синтазной и аденилатциклазной сигнальных систем (NO и цАМФ) может быть использовано растением-хозяином в качестве «кода» для передачи сигнала о природе действующего фактора и индукции соответствующих реакций на молекулярном уровне.
Об авторах
А. А. Ищенко
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Россия
Россия
к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация
Н. В. Филинова
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Россия
Россия
к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Российская Федерация,
А. В. Сидоров
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН,
Иркутский государственный медицинский университет
Россия
ассистент
664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, Российская Федерация
Россия
ассистент
664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, Российская Федерация
Список литературы
1. Beatly P.H., Good A.G. Future prospects for cereals that fix nitrogen // Science. 2011. Vol. 333. Issue 6041. P. 416–417. https://doi.org/10.1126/science.1209467
2. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Генетические основы эволюции растительно-микробного симбиоза. СПб: Изд-во ООО «ИнформНавигатор», 2012. 400 с.
3. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В., Ястреб Т.О., Луговая А.А. Сигнальные посредники в реализации физиологических эффектов стрессовых фитогормонов // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия Биология.
4. Вып. 1 (37). С. 42–62.
5. Глянько А.К., Ищенко А.А. Активные формы кислорода и азота – возможные медиаторы системной устойчивости у бобовых при действии ризобиальной инфекции // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия Биология. 2017. Вып. 1 (40). С. 9–20.
6. Djordjevic M.A., Gabriel D.W., Rolfe B.G. Rhizobium-The Refined Parasite of Legumes // Annual Review of Phytopathology. 1987. Vol. 25. P. 145–168. https://doi.org/10.1146/annurev.py.25.090187.001045
7. Baron C., Zambbryski P.C. The plant response in pathogenesis, symbiosis, and wounding: variations on a common theme? // Annual Review of Genetics. 1995. Vol. 29. P. 107–129. https://doi.org/10.1146/annurev.ge.29.120195.000543
8. Glyan'ko A.K., Ishchenko A.A. Immunity of a leguminous plant infected by nodular bacteria Rhizobium spp. F.: review // Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. Vol. 53. Issue 2. P. 140–148. https://doi.org/10.1134/S0003683817020107
9. Meilhoc E., Boscari A., Bruand C., Puppo A., Brouquisse R. Nitric oxide in legume-rhizobium symbiosis // Plant Science. 2011. Vol. 181. Issue 5. P. 573–581. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.04.007
10. Baudouin E., Pieuchot L., Engler G., Pauly N., Puppo A. Nitric oxide is formed in Medicago truncutula – Sinorhizobium meliloti functional nodules // Molecular plant-microbe Interactions. 2006. Vol. 19. Issue 9. P. 970–975. https://doi.org/10.1094/MPMI-19-0970
11. Herouart D., Baudouin E., Frendo P., Harrison J., Santos R., Jamet A., et al. Reactive oxygen species, nitric oxide and glutathione: key role in the establishment of the legume-Rhizobium symbiosis // Plant physiology and biochemistry. 2002. Vol. 40. Issue 6-8. P. 619–624. https://doi.org/10.1016/S0981-9428(02)01415-8
12. Meyer C., Lea U.S., Provan F., Kaizer W.M., Lillo C. Is nitrate reductase a major player in the plant NO (nitric oxide) game? // Photosynthesis research. 2005. Vol. 83. P.181–189. https://doi.org/10.1007/s11120-004-3548-3
13. Lomovatskaya L.A., Kuzakova O.V., Romanenko A.S., Goncharova A.M. Activities of Adenylate Cyclase and Changes in cAMP Concentration in Root Cells of Pea Seedlings Infected with Mutualists and Phytopathogens // Russian Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 65. Issue 4. P. 588–597. https://doi.org/10.1134/S1021443718030056
14. Kuzakova O.V., Lomovatskaya L.A., Goncharova A.M., Romanenko A.S. Effects of Rhizobium leguminosarum bv. viceae strains different in their symbiotic effectiveness on changes in cAMP and hydrogen peroxide concentrations in cells of pea seedlings // Russian Journal of Plant Physiology. 2019. Vol. 66. Issue 5. P. 712–717. https://doi.org/10.1134/S1021443719050121
15. Lomovatskaya L.A., Romanenko A.S., Filinova N.V., Dudareva L.V. Determination of cAMP in plant cells by a modified enzyme immunoassay method // Plant Cell Reports. 2011. Vol. 30. Issue 1. P. 125–132. https://doi.org/10.1007/s00299-010-0950-5
16. Jones K.M., Sharopova N., Lohar D.P., Zhang J.Q., VandenBosch K.A., Walker G.C. Differential response of the plant Medicago truncatula to its symbiont Sinorhizobium melliloti or an exopolysaccharide-deficient mutant // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2008. Vol. 105, Issue 2. P. 704–709. https://doi.org/10.1073/pnas.0709338105
17. Ferguson B.J., Indrasumunar A., Hayashi S., Lin Y.-R., Lin Y.-H., Reid D.E., et al. Molecular analysis of legume nodule development and autoregulation // Journal of Integrative Plant Biology. 2010. Vol. 52. P. 61–76. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2010.00899.x
18. Gough C., Jacquet C. Nod factor perception protein carries weight in biotic interaction // Trends in Plant Sciences. 2013. Vol. 18. Issue 10. P. 566–574. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2013.06.001
19. Глянько A.К. Фитогормоны и клубенькообразование у бобовых растений // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия Биология. 2015. Вып. 3 (36). С. 6–19.
20. Hichri I., Boscari A., Castella C., Rovere M., Puppo A., Brouquisse R. Nitric oxide: a multifaceted regulator of the nitrogen-fixing symbiosis // Journal of experimental botany. 2015. Vol. 66. Issue 10. P. 2877–2887. https://doi.org/10.1093/jxb/erv051
21. Глянько А.К., Митанова Н.Б., Степанов А.В. Физиологическая роль оксида азота (NO) у растительных организмов // Журнал стресс-физиологии и биохимии. 2009. Т. 5. N 3. С. 33–52.
22. Courtois C., Besson A., Dahan J., Bourque S., Dobrowolska G., Alain P., et al. Nitric oxide signaling in plants: interplays with Ca2+ and protein kinases // Journal of Experimental Botany. 2008. Vol. 59. Issue 2. P. 155–163. https://doi.org/10.1093/jxb/erm197
23. Jeandroz S., Lamotte O., Astier J., Rasul S., Trapet P., Besson-Bard A., et al. There’s more to the picture than meets the eye: nitric oxide cross talk with Ca2+ signaling // Plant Physiology. 2013. Vol. 163. Issue 2. P. 459–470. https://doi.org/10.1104/pp.113.220624
24. Глянько А.К. Роль Nod-фактора Rhizobium в индукции сигнальных систем растения при формировании бобово-ризобиального симбиоза // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия Биология. 2014. Вып. 3 (33). С. 6–14.
Рецензия
Для цитирования:
Ищенко А.А., Филинова Н.В., Сидоров А.В. Влияние клубеньковых и патогенных бактерий на изменение уровня оксида азота и циклического аденозинмонофосфата в корнях гороха на начальных этапах взаимодействия. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):294-302. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-294-302
For citation:
Ishchenko A.A., Filinova N.V., Sidorov A.V. Effect of nodule and pathogenic bacteria on levels of nitric oxide and cyclic adenosine monophosphate in pea roots at initial stages of interaction. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2020;10(2):294-302. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-294-302
Просмотров:
458
Послать статью по эл. почте 