Влияние конъюгатов хитозана с оксикоричными кислотами и бактерий Bacillus subtilis на активность защитных белков и устойчивость растений картофеля к Phytophthora infestans

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследовали влияние конъюгатов хитозана с кофейной (ХКК) и феруловой (ХФК) кислотами в сочетании с бактериями Bacillus subtilis на транскрипционную активность генов PR-белков и изменение протеома у растений картофеля при инфицировании Phytophthora infestans (Mont.) de Bary. Показано, что опрыскивание растений, выращенных из мини-клубней сорта Удача, растворами композитов ХКК и ХФК и суспензией B. subtilis штаммов 26Д и 11 ВМ приводило к снижению степени развития возбудителя фитофтороза на листьях картофеля при всех вариантах обработки. Максимальный защитный эффект проявлялся при обработке растений бактериями B. subtilis штамм 26Д в сочетании c конъюгатами хитозана и оксикоричных кислот. Механизмы повышения устойчивости растений картофеля к P. infestans были связаны с активацией транскрипционной активности генов, кодирующих основной защитный белок (PR‑1), хитиназы (PR‑3), тауматинподобного белка (PR‑5), ингибитора протеаз (РR‑6), пероксидазы (PR‑9) и рибонуклеазы (PR‑10). Активация экспрессии маркерных генов системной приобретенной устойчивости и индуцированной системной устойчивости под влиянием совместной обработки свидетельствовала о синергетическом развитии защитных реакций в растениях картофеля в данном варианте. Методом двумерного электрофореза белков листьев S. tuberosum с последующим MALDI-TOF-анализом идентифицировано 12 белков, состав которых в листьях различался в зависимости от варианта опыта. Во всех вариантах наблюдали подавление активности серин-треониновой протеин-фосфатазы, отражающее развитие реакции сверхчувствительности (СВЧ-реакции). Различные варианты опыта формировали слабо выраженные кластеры, что свидетельствовало о множественных механизмах регуляции синтеза защитных белков, вовлеченных в реакцию, на обработку бактериями, конъюгатами хитозана и заражение P. infestans.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Г. Яруллина

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Уфимский университет науки и технологий

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа; 450076, Уфа

Г. Ф. Бурханова

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

В. О. Цветков

Уфимский университет науки и технологий

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450076, Уфа

Е. А. Черепанова

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

А. В. Сорокань

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

Е. А. Заикина

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

И. С. Марданшин

Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

И. Я. Фаткуллин

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

И. В. Максимов

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: yarullina@bk.ru
Россия, 450054, Уфа

Ж. Н. Калацкая

Институт экспериментальной ботаники имени В. Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси

Email: yarullina@bk.ru
Белоруссия, 220072, Минск

Н. А. Еловская

Институт экспериментальной ботаники имени В. Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси

Email: yarullina@bk.ru
Белоруссия, 220072, Минск

Е. И. Рыбинская

Институт экспериментальной ботаники имени В. Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси

Автор, ответственный за переписку.
Email: yarullina@bk.ru
Белоруссия, 220072, Минск

Список литературы

  1. Chandler D., Bailey A. S., Tatchell G. M., Davidson G., Greaves J., Grant W. P. // Philos. Trans. R Soc. Lond. B Biol. Sci. 2011. V. 366. P. 1987–1998. https://doi.org/10.1098/rstb.2010.0390
  2. Kocięcka J., Liberacki D. // Plants. 2021. V. 10. P. 1160. https://doi.org/10.3390/plants10061160
  3. Gonçalves C., Ferreira N., Lourenço L. // Polymers. 2021. V. 13. P. 2466. https://doi.org/10.3390/polym13152466
  4. Aranaz I., Alcántara A. R., Civera M. C., Arias C., Elorza B., Heras Caballero A., Acosta N. // Polymers. 2021. V. 13. P. 3256. https://doi.org/10.3390/polym13193256
  5. Новикова И. И., Попова Э. В., Краснобаева И. Л., Коваленко Н. М. // Сельскохозяйственная биология. 2021. Т. 56. № 3. С. 511–522. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.3.511rus
  6. Kolesnikov L. E., Popova E. V., Novikova I. I., Priyatkin N. S., Arkhipov M. V., Kolesnikova Yu.R. et al. // Agricultural Biology. 2019. V. 54. № 5. P. 1024–1040. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.5.1024
  7. Краснобаева И. Л., Коваленко Н. М., Попова Э. В. // Вестник защиты растений. 2020. T. 103. № 4. C. 233–240. https://doi.org/10.31993/2308-6459-2020-103-4-13272
  8. Ortiz-Rodríguez T., De La Fuente-Salcido N., Bideshi D. K., Salcedo-Hernández R., Barboza-Corona J. E. // Lett. Appl. Micro-biol. 2010. V. 51. P. 184–190.
  9. Saharan V., Pal A. Chitosan Based Nanomaterials in Plant Growth and Protection. New Delhi, India: Springer, 2016. P. 33–41.
  10. Palazzini J., Reynoso A., Yerkovich N., Zachetti V., Ramírez M., Chulze S. // Toxins. 2022. V. 14. P. 499. https://doi.org/10.3390/toxins14070499
  11. Ahmed A. S., Ezziyyani M., Sánchez C. P., Candela M. E. // Eur. J. Plant Pathol. 2003. V. 109. P. 633–637. https://doi.org/10.1023/A:1024734216814
  12. Brzezinska M.S., Kalwasińska A., Świątczak J., Żero K., Jankiewicz U. // Microb. Pathog. 2020. V. 148. P. 104462. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2020.104462
  13. Rajput V. D., Harish Singh R. K., Verma K. K., Sharma L., Quiroz-Figueroa F.R., Meena M., Gour V. S., Minkina T., Sushkova S., Mandzhieva S. // Biology. 2021. V. 10. P. 267. https://doi.org/10.3390/biology10040267
  14. Kruger N. J. In: The Protein Protocols Handbook. Springer Protocols Handbooks / Ed. J. M. Walker, Totowa, USA: Humana Press, 2009. P. 17–24.
  15. Yarullina L.G., Burkhanova G. F., Cherepanova E. A., Sorokan A. V., Zaikina E. A., Tsvetkov V. O. et al. // Appl. Biochem. Microbiol. 2021. V. 57. № 6. P. 760–769. https://doi.org/10.31857/S0555109921060131
  16. Fedina E.O., Karimova F. G., Tarchevsky I. A., Toropygin I. Y., Khripach V. A. // Russ. J. Plant Phys. 2008. V. 55. P. 193–200. https://doi.org/10.1007/s11183–008–2005–0
  17. Conrath U., Beckers G. J. M., Flors V., García-Agustín P., Jakab G., Mauch F. et al. // Mol. Plant Microbe Interact. 2006. V. 19. P. 1062–1071.
  18. Максимов И.В., Сингх Б. П., Черепанова Е. А., Бурханова Г. Ф., Хайруллин Р. М. // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. № 1. С. 19–34. https://doi.org/10.31857/S0555109920010134
  19. Gonzalez-Gallegos E., Laredo-Alcala E., Ascacio-Valdes J., de Rodriguez D., Hernandez-Castillo F. // American Journal of Plant Sciences. 2015. V. 6. № 11. P. 1785–1791. https://doi.org/10.4236/ajps.2015.611179
  20. Yu Y., Gui Y., Li Z., Jiang C., Guo J., Niu D. // Plants (Basel). 2022. V. 11. № 3. P. 386. https://doi.org/10.3390/plants11030386
  21. Тарчевский И. А., Егорова А. М. // Прикладная биохимия и микробиология. 2022. Т. 58. № 4. C. 315–329.
  22. Riseh R. S., Hassanisaadi M., Vatankhah M., Babaki S. A., Barka E. A. // Int. J. Biol. Macromol. 2022. V. 220. P. 998–1009.
  23. Suarez-Fernandeza M., Marhuenda-Egeac F. C., Lopez-Moyab F., Arnaod M. B., Cabrera-Escribanoe F., Nuedaf M. J. et al. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 572087. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.572087
  24. Chakraborty M., Hasamezzaman M., Rahman M., Khan M. A.R., Bhowmik P., Mahmud N. U. et al. // Agriculture. 2020. V. 10. № 12. P. 624. https://doi.org/10.3390/agriculture10120624
  25. Fabro G., Kovács I., Pavet V., Szabodos L., Alvarez M. E. // Mol. Plant Microb. Intrract. 2004. V. 17. № 4. P. 343–350.
  26. Bordiec S., Paquis S., Lacroix H., Dhondt S., Barka E., Kauff­mann A. et al. // J. Exp. Botany. 2011. V. 62. P. 595–603. https://doi.org/10.1093/jxb/erq291
  27. Pfannschmidt T., Brautigam K., Wagner R., Dietzel L., Schroter Y., Steiner S., Nykytenko A. // Ann. Bot. 2009. V. 103. P. 599–607. https://doi.org/10.1093/aob/mcn081
  28. Gagné-Bourque F., Mayer B. F. // PLoS ONE. 2015. V. 10. № 6. Р. e0130456. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0130456
  29. Veselova S. V., Nuzhnaya T. V., Maksimov I. V. In: Jasmonic Acid: Biosynthesis, Functions and Role in Plant Development, Series Plant Science Research and Practices / Ed. L. Morrison. USA: Nova Sci. Publishers, 2015. P. 33–66.
  30. Glazebrook J. // Annu. Rev. Phytopathol. 2005. V. 43. P. 205. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.43.040204.135923
  31. Gimenez-Ibanez S., Solano R. // Front. Plant Sci. 2013. V. 4. P. 72. https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00072
  32. Chen F., Wang M., Zhang Y., Luo J., Yang X., Wang X. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2010. V. 26. P. 675–684.
  33. Vasyukova N. I., Ozeretskovskaya O. L. // Russian Journal of Plant Physiology. 2009. V. 56. № 5. P. 581–590. https://doi.org/10.1134/S102144370905001X
  34. He M., Xu Y., Cao J. // Protoplasma. 2013. V. 250. № 1. P. 1229–1240.
  35. Choi D. S., Hwang I. S., Hwang B. K. // Plant Cell. 2012. V. 24. № 4. P. 1675–1690.
  36. Martinez-Medina A., Flors V., Heil M., Mauch-Mani B., Corné M. J., Pieterse C. M. J. // Trends Plant Sci. 2016. V. 21. P. 818–822. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.07.009
  37. Krompholz N., Krischkowski C., Reichmann D., Garbe-Schönberg D., Mendel R., Bittner F. et al. // Chem. Res. Toxicol. 2012. V. 25. № 11. P. 2443. https://doi.org/10.1021/tx300298m
  38. Rixen S., Havemeyer A., Tyl-Bielicka A., Pysniak K., Gajewska M., Kulecka M. et al. // J. Biol. Chem. 2019. V. 294. RA119.007606. https://doi.org/10.1074/jbc.RA119.007606
  39. Plitzko B., Havemeyer A., Kunze T., Clement B. // Cell Biology. 2015. V. 290. № 16. P. 10126. https://doi.org/10.1074/jbc.M115.640052
  40. Máthé C., Garda T., Freytag C., M-Hamvas M. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. P. 3028. https://doi.org/10.3390/ijms20123028
  41. Moreno J. I., Martın R., Castresana C. // The Plant Journal. 2005. V. 41. P. 451. https://doi.org/10.1111/j.1365–313X.2004.02311.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние конъюгатов ХКК и ХФК в композициях с B. subtilis 26Д и B. subtilis 11ВM на пораженность листьев карто-феля P. infestans на 10 сутки после инокуляции. Звездочкой отмечены значения, значимо отличающиеся от контрольных значений по критерию Краскела–Уоллиса.

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние конъюгатов ХКК и ХФК в композициях с B. subtilis 26Д и B. subtilis 11ВM на содержание пролина (а) и транскрипционную активность гена пирролин 5-карбоксилат синтазы (б) в растениях картофеля на 3 сутки после ино-куляции P. infestans: 1 — контроль, 2 — заражение P. infestans. Звездочкой отмечены значения, значимо отличающиеся от контрольных значений по критерию Краскела–Уоллиса.

Скачать (151KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние конъюгатов ХКК и ХФК в композициях с B. subtilis 26Д и B. subtilis 11ВM на транскрипционную активность генов PR-белков в растениях картофеля через 72 ч после инфицирования P. infestans: 1 — контроль, 2 — заражение P. infestans.

Скачать (929KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кластеризация вариантов опыта в соответствии с присутствием различных белков в листьях. “Pi” — заражение P. infestans.

Скачать (742KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024