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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».