Влияние высокой инфекционной нагрузки бактериального возбудителя кольцевой гнили картофеля на изменение уровней пероксида водорода и цАМФ в трансгенных растениях картофеля in vitro с повышенным содержанием эндогенного пероксида водорода
https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-268-278
Аннотация
Цель исследования заключалась в изучении влияния различной по интенсивности инфекционной нагрузки возбудителя кольцевой гнили картофеля (Clavibacter michiganensis sps. sepedonicus) на содержание пероксида водорода и цАМФ в растениях картофеля in vitro 3-х трансгенных линий сорта Скарб: линия L17.2 – растения, трансформированные нативным геном глюкозооксидазы gox из высокоактивного грибного штамма Penicillium funiculosum 46.1, линия М7.3 – растения, трансформированные модифицированным геном gox-mod, и линия Pb14.10 – растения, трансформированные вектором без целевого гена. К исследованию привлекали также нетрансгенные растения того же сорта (среднеустойчивый к Cms), Луговской (устойчивый к Cms) и Лукьяновский (восприимчивый к Cms). При инфицировании Cms (0,2х108 кл/мл) динамика уровня цАМФ и Н2О2 свидетельствовала о сбалансированном системном сигнале «корень–стебель». Титр Cms (2х108кл/мл) вызывал системное увеличение концентрации Н2О2 в органах почти всех вариантов растений, но системное увеличение уровня цАМФ возникало только у сорта Луговской. У всех трансгенных линий уровень цАМФ оставался на уровне контроля, что сопровождалось как локальными, так и обширными некрозами. Вероятно, у растений трансгенных линий картофеля изменение качества ответных защитных реакций (обширные некрозы наряду с локальными) связано со слишком высоким базовым уровнем эндогенного пероксида водорода и дисбалансом в уровне цАМФ. Тем не менее введение гена gox в растения картофеля повышает их устойчивость к инфицированию высоким титром Cms.
Об авторах
Л. А. Ломоватская
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Россия
Россия
Л. А. Ломоватская, д.б.н., главный научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132
Н. В. Филинова
Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН; Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Россия
Россия
Н. В. Филинова, к.б.н., научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132; 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1,
А. С. Романенко
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Россия
Россия
А. С. Романенко, д.б.н., главный научный сотрудник
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132
Список литературы
1. Кочетов А. В., Шумный В. К. Трансгенные растения как генетические модели для изучения функций генов растений // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. N 4. С. 475–481. https://doi.org/10.18699/VJ16.179.
2. Mengarelli D. A., Tewes L. R., Balazadeh S., Zanor M. I. FITNESS acts as a negative regulator of immunity and influences the plant reproductive output after Pseudomonas syringae infection // Frontiers Plant Science. 2021. Vol. 12. Article 606791. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.606791.
3. Wu G., Shortt B. J., Lawrence E. B., Levine E. B., Fitzsimmons K. C., Shah D. M. Disease resistance conferred by expression of a gene encoding H202-generating glucose oxidase in transgenic potato plants // Plant Cell. 1995. Vol. 7, no. 9. P. 1357–1368. https://doi.org/10.1105/tpc.7.9.1357.
4. Савчин Д. В., Панюш А. С., Картель Н. А. Молекулярно-генетический анализ трансгенных растений картофеля с геном gox Penicillium funiculosum // Труды Белорусского государственного университета. 2011. Т. 6. N 2. С. 116.
5. Keller H., Pamboukdjian N., Ponchet M., Poupet A., Delon R., Verrier J.-L., et al. Pathogeninduced elicitin production in transgenic tobacco generates a hypersensitive response and nonspecific disease resistance // Plant Cell. 1999. Vol. 11, no. 2. P. 223–225. https://doi.org/10.1105/tpc.11.2.223.
6. Lee Y. H., Yoon I. S., Suh S. C., Kim H. I. Enhanced disease resistance in transgenic cabbage and tobacco expressing a glucose oxidase gene from Aspergillus niger // Plant Cell Reports. 2002. Vol. 20, no. 12. P. 857–863. https://doi.org/10.1007/s00299-001-0416-x.
7. Ткачук В. А., Тюрин-Кузьмин П. А., Белоусов В. В., Воротников А. В. Пероксид водорода как новый вторичный посредник // Биологические мембраны. 2012. Т. 29. N 1-2. С. 21–37.
8. Креславский В. Д., Лось Д. А., Аллахвердиев С. И., Кузнецов Вл. В. Сигнальная роль активных форм кислорода при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59. N 2. С. 163.
9. Шакирова Ф. М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. 160 с.
10. Ma Y., Zhao Y., Walker R., Berkowitz G. Molecular steps in the immune signaling pathway evoked by plant elicitor peptides: Ca2+-dependent protein kinases, nitric oxide, and reactive oxygen species are downstream from the early Ca2+ signal // Plant Physiology. 2013. Vol. 163, no. 3. P. 1459– 1471. https://doi.org/10.1104/pp.113.226068.
11. Ma W., Qi Z., Smigel A., Walker R. K., Verma R., Berkowitz G. A. Ca2+ , cAMP, and transduction of non-self perception during plant immune responses // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2009. Vol. 106. N 49. P. 20995–21000. https://doi.org/10.1073_pnas.0905831106.
12. Ломоватская Л. А., Романенко А. С., Филинова Н. В. Аденилатциклазы растений: влияние биотического стрессора на кинетические параметры трансмембранной и «растворимой» форм аденилатциклазы // Биологические мембраны. 2014. Т. 31. N 2. С. 129–136. https://doi.org/10.7868/S0233475514010071.
13. Ломоватская Л. А., Кузакова О. В., Симакова А. А., Соколова Л. Г., Романенко А. С. Характер изменения уровня цАМФ у растений как возможный критерий устойчивости культур к загрязнению почв фторидами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. Т. 14. N 3. С. 54–60.
14. Романенко А. С., Ломоватская Л. А., Граскова И. А. Некрозы как необычные симптомы кольцевой гнили картофеля // Физиология растений. 2002. Т. 49. N 5. С. 773–778.
15. Попов В. Н., Антипина А. В., Астахова Н. В. Изменения ультраструктуры хлоропластов табака в процессе защиты от окислительного стресса при гипотермии // Физиология растений. 2016. Т. 63. N 3. С. 319–326. https://doi.org/10.7868/S0015330316030118.
16. Peleg-Grossman S., Melamed-Book N., Levine A. ROS production during symbiotic infection suppresses pathogenesis-related gene expression // Plant Signaling & Behavior. 2012. Vol. 7, no. 3. P. 409–415. https://doi.org/10.4161/psb.19217.
17. Захарченко Н. С., Бурьянов Я. И., Лебедева А. А., Пиголева С. В., Ветошкина В. Д., Локтюшов Е. В. [и др.]. Физиологические особенности трансгенных растений рапса, экспрессирующих ген антимикробного пептида цекропина Р1 // Физиология растений. 2013. Т. 60. N 3. С. 424– 433. https://doi.org/10.7868/S0015330313030160.
18. Enikeev A. G., Kopytina T. V., Semenova L. A., Natyaganova A. V., Gamanetz L. V., Volkova O. D. Agrobacterial transformation as complex biotical stressing factor // Journal Stress Physiology & Biochemistry. 2008. Vol. 4, no. 1. P. 11–19.
19. Ванюшин Б. Ф. Апоптоз у растений // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 3–38.
20. Ломоватская Л. А., Кузакова О. В., Гончарова А. М., Романенко А. С. цАМФ участвует в регуляции уровня пероксида водорода в корне проростков гороха при биотическом стрессе // Физиология растений. 2020. Т. 67. N 3. С. 270– 277. https://doi.org/10.1134/S0015330320020104.
21. Bindschedler L. V., Minibayeva F., Gardner S. L., Gerrish C., Davies D. R., Bolwell G. P. Early signalling events in the apoplastic oxidative burst in suspension cultured French bean cells involve cAMP and Ca2+ // New Phytologist. 2001. Vol. 151, no. 1. P. 185–194. http://dx.doi.org/10.1046/j.1469-8137.2001.00170.x.
22. Huber A. E., Bauerle T. L. Long-distance plant signaling pathways in response to multiple stressors: the gap in knowledge // Journal of Experimental Botany. 2016. Vol. 67, no. 7. P. 2063–2079. https://doi.org/10.1093/jxb/erw099.
23. Romanenko A. S., Lomovatskaya L. A., Shafikova T. N., Borovskii G. B., Krivolapova N. V. Potato cell plasma membrane receptors to ring rot pathogen extracellular polysaccharides // Journal of Phytopathology. 2003. Vol. 151, no. 1. P. 1–6. https://doi.org/10.1046/j.1439-0434.2003.00667.x.
24. Ito M., Takahashi H., Sawasaki T., Ohnishi K., Hikichi Y., Kiba A. Novel type of adenylyl cyclase participates in tabtoxinine-β-lactam-induced cell death and occurrence of wildfire disease in Nicotiana benthamiana // Plant Signaling & Behavior. 2014. Vol. 9, no. 1. https://doi.org/10.4161/psb.27420.
25. Яруллина Л. Г., Касимова Р. И., Бурханова Г. Ф., Муратова М. В., Черепанова Е. А. АФК в регуляции активности PR-белков при индуцированной устойчивости растений // Молекулярные аспекты редокс-метаболизма растений. Роль активных форм кислорода в жизни растений: материалы II Международного симпозиума и международной научной школы (г. Уфа, 26 июня – 01 июля 2017 г.). Уфа: Первая типография, 2017. С. 288–292.
26. Омеличкина Ю. В., Бояркина С. В., Шафикова Т. Н. Реакции эффектор-активируемого иммунитета в культурах клеток картофеля и табака при действии фитопатогена Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus // Физиология растений. 2017. Т. 64. N 3. С. 204–212. https://doi.org/10.7868/S0015330317020099.
27. S´wiez˙awska-Boniecka B., Duszyn M., Mateusz Kwiatkowski M., Szmidt-Jaworska A., Jaworski K. Cross talk between cyclic nucleotides and calcium signaling pathways in plants–achievements and prospects // Frontiers Plant Science. 2021. Vol. 12. Article number 643560.
28. Бараненко В. В. Супероксидисмутаза в клетках растений // Цитология. 2006. Т. 48. N 6. С. 465–474.
Рецензия
Для цитирования:
Ломоватская Л.А., Филинова Н.В., Романенко А.С. Влияние высокой инфекционной нагрузки бактериального возбудителя кольцевой гнили картофеля на изменение уровней пероксида водорода и цАМФ в трансгенных растениях картофеля in vitro с повышенным содержанием эндогенного пероксида водорода. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022;12(2):268-278. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-268-278
For citation:
Lomovatskaya L.A., Filinova N.V., Romanenko A.S. Influence of the high infectious load of the causal agent of bacterial ring rot of potatoes on variations in hydrogen peroxide and cAMP levels in transgenic potato plants in vitro with increased contents of endogenous hydrogen peroxide. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2022;12(2):268-278. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-268-278
Просмотров:
320
Послать статью по эл. почте 