Взаимосвязь состава корневых экссудатов и эффективности взаимодействия растений пшеницы с микроорганизмами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Корни растений выделяют в ризосферу различные органические вещества, которые являются источником питания для микроорганизмов и во многом определяют характер растительно-микробных взаимодействий. У десяти современных сортов пшеницы был определен состав основных фракций корневых экссудатов: аминокислоты, органические кислоты и сахара. Выявлены достоверные качественные и количественные различия между сортами по отдельным компонентам экссудатов, которые обуславливали особенности кластеризации сортов по данному признаку. Обнаружены взаимосвязи между экссудацией и эффективностью взаимодействия растений с ростостимулирующей ризобактерией Pseudomonas fluorescens SPB2137 и фитопатогенным грибом Fusarium culmorum 30 в лабораторных системах, а также с устойчивостью сортов к заболеваниям в полевых условиях. Численность P. fluorescens SPB2137 в корневой зоне положительно коррелировала с количеством многих, выделяемых корнями аминокислот, а также мальтозы. Стимулирующий эффект ризобактерий на рост корней положительно коррелировал с количеством выделяемой глюкозы и мелибиозы. Взаимосвязи между характером корневой экссудации и колонизацией корней или поражаемостью сортов F. culmorum 30 не обнаружено. Проведён анализ корреляций между заболеваемостью сортов пшеницы в полевых условиях и интенсивностью экссудации определённых веществ, а также с индексом биокомпозиции экссудации аминокислот. Обсуждается роль компонентов корневых экссудатов в формировании эффективных растительно-микробных систем.

Об авторах

А. И. Шапошников

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

А. А. Белимов

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

Т. С. Азарова

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

О. К. Струнникова

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

Н. А. Вишневская

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

Н. И. Воробьев

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

О. С. Юзихин

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

Л. А. Беспалова

Национальный центр зерна им. П.П. Лукьяненко, Центральная Усадьба КНИИСХ

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 350012, Краснодарский край, Краснодар

И. А. Тихонович

Всероссийский научно-исследовательский институт
сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
Россия, 196608, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Byerlee D., Moya P. Impacts of International Wheat Breeding Research in the Developing World, 1966–1990. / Eds. P.W. Heisey, M.A. Lantican, and H.J. Dubin. International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT), D.F., Mexico, 1993. 87 p.
  2. Pingali P. // PNAS. 2012. V. 109. № 31. P. 12302–12308.
  3. Raeboline A. Nelson L.E., Ravichandran K., Antony U. // J. Ethnic Foods. 2019. V. 6. Article 8. https://doi.org/10.1186/s42779-019-0011-9
  4. Pearce S. // J. Exp. Bot. 2021. V. 72. № 2. P. 157–160.
  5. Sharma R.C., Morgounov A., Akin B., Bespalova L., Lang L., Litvinenko M., et al. // Crop Sci. 2014. V. 54. № 6. P. 2469–2480.
  6. Li S., Zhang C., Li J., Yan L., Wang N., Xia L. // Plant Commun. 2021. V. 2. № 4. P. 100211.
  7. Elkoca E., Turan M., Donmez M.F. // J. Plant Nutr. 2010. V. 33. P. 2104–2119.
  8. Vessey J.K. // Plant Soil. 2003. V. 255. P. 571–586.
  9. Ryan P.R., Dessaux Y., Thomashow L.S., Weller D.M. // Plant Soil. 2009. V. 321. P. 363–383.
  10. Кожемяков А.П., Белоброва С.Н., Орлова А.Г. // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 3. С. 112–115.
  11. Chandran H., Meena M., Swapnil P. // Sustainability. 2021. V. 13. Article 10986. https://doi.org/10.3390/su131910986
  12. Beneduzi A., Ambrosini A., Passaglia L.M.P. // Genet. Mol. Biol. 2012. V. 35. P. 1044–1051.
  13. Chaluvadi S., Bennetzen J.L. // Front. Plant Sci. 2018. V. 9. Aricle 1183. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01183
  14. Kudoyarova G., Arkhipova T., Korshunova T., Bakaeva M., Loginov O., Dodd I.C. // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. Article 1368. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01368
  15. Mohanram S., Kumar P. // Ann. Microbiol. 2019. V. 69. P. 307–320.
  16. Weller D.M., Thomashow L.S. // Molecular Ecology of Rhizosphere Microorganisms. /Eds. O’Gara F., Dowling D.N., Boesten B. Weinheim, New York: VCH Publisher Inc., 1994. P. 1–18.
  17. Whipps J.M. // J. Exp. Bot. 2001. V. 52. P. 487–511.
  18. Belimov A., Kojemiakov, A., Chuvarliyeva C. // Plant Soil. 1995. V. 173. P. 29–37.
  19. Lugtenberg B., Kamilova F. // Annu. Rev. Microbiol. 2009. V. 63. P. 541–556.
  20. Bürgmann H., Meier S., Bunge M., Widmer F., Zeyer J. // Environ. Microbiol. 2005. V. 7. P. 1711–1724.
  21. Lugtenberg B.J.J., Dekkers L., Bloemberg G.V. // Annu. Rev. Phytopathol. 2001. V.39. P. 461–490.
  22. Кравченко Л.В., Азарова Т.С., Леонова–Ерко Е.И., Шапошников А.И., Макарова Н.М., Тихонович И.А. // Микробиология. 2003. Т. 72. № 1. С. 48–53.
  23. de Werra P., Huser A., Tabacchi R., Keel C., Maurhofer M. // Appl. Environ. Microbiol. 2011. V. 77 № 8. P. 2807–2812.
  24. Lynch J.M., Whipps J.M. // Plant Soil. 1990. V. 129. P. 1–10.
  25. Bais H.P., Weir T.L., Perry L.G., Gilroy S, Vivanco J.M. // Ann. Rev. Plant Biol. 2006. V. 57. P. 233–266.
  26. de Weert S., Vermeiren H., Mulders I.H.M., Kuiper I., Hendrickx N., Bloemberg G.V., Vanderleyden J., De Mot R., Lugtenberg B.J.J. // Mol. Plant-Microbe Interact. 2002. V. 15. P. 1173–1180.
  27. Rudrappa T., Czymmek K.J., Pare P.W., Bais H.P. // Plant Physiol. 2008. V. 148. P. 1547–1556.
  28. Ling N., Raza W., Ma J., Huang Q., Shen Q. // Eur. J. Soil Biol. 2011. V. 47. P. 374–379.
  29. Tan S., Yang C., Mei X., Shen S., Raza W., Shen Q., Xu Y. // Appl. Soil Ecol. 2013. V. 64. P. 15–22.
  30. Ren L., Huo H., Zhang F., Hao W., Xiao L., Dong C., Xu G. // Plant Signal. Behav. 2016. V. 11. № 6. Article e1187357. https://doi.org/10.1080/15592324.2016.1187357
  31. Perry L.G, Alford E.R., Horiuchi J., Paschke M., Vivanco J.M. // The Rhizosphere (Second Edition). / Eds. Pinton, R., Varanini, Z., Nannipieri P. Boca Raton, FL: CRC Press, 2007. P. 297–330.
  32. Broeckling C.D., Broz A.K., Bergelson J., Manter D.K., Vivanco J.M. // Appl. Environ. Microbiol. 2008. V. 74. № 3. P. 738–744.
  33. Кравченко Л.В., Шапошников А.И., Макарова Н.М., Азарова Т.С., Львова К.А., Костюк И.И., Ляпунова О.А., Тихонович И.А. // Физиология растений. 2011. Т. 58. № 5. С 1–6.
  34. Stringlis I.A., Yu K., Feussner K., de Jonge R., Van Bentum S., Van Verk M.C., Berendsen R.L., Bakker P.A.H.M., Feussner I., Pieterse C.M.J. // PNAS. 2018. V. 115. № 22. P. E5213–E5222.
  35. Cotton T.E.A., Pe’triacq P., Cameron D.D., Meselmani M.A., Schwarzenbacher R., Rolfe S.A., Ton J. // ISME J. 2019. V. 13. P. 1647–1658.
  36. Huang A.C, Jiang T., Liu Y.X., Bai Y.C., Reed J., Qu B., Goossens A., Nützmann H.W., Bai Y., Osbourn A. // Science. 2019. V. 364. № 6440. eaau6389. https://doi.org/10.1126/science.aau6389
  37. Prudence S.M., Newitt J.T., Worsley S.F., Macey M.C., Murrell J.C., Lehtovirta–Morley L.E., Hutchings M.I. // Environ. Microbiome. 2021. V. 16. Article 12.https://doi.org/10.1186/s40793-021-00381-2
  38. Shi J.B., Gong X.Y., Khashi u Rahman M., Tian Q., Zhou X.G., Wu F.Z. // Plant Soil Environ. 2021. V. 67. P. 721–728.
  39. Owens A.G., Jones D.L. // Soil Biol. Biochem. 2001. V. 33. P. 651–657.
  40. Chen S., Waghmode T.R., Sun R., Kuramae E.E., Hu C., Liu B. // Microbiome. 2019. V. 7. Article 136. https://doi.org/10.1186/s40168-019-0750-2
  41. Hu L., Robert C.A.M., Cadot S., Zhang X., Ye M., Li B., Manzo D., Chervet N., Steinger T., van der Heijden M.G.A., Schlaeppi K., Erb M. // Nat. Commun. 2018. V. 9. Article 2738. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05122-7
  42. Belimov A.A., Dodd I.C., Safronova V.I., Shaposhnikov A.I., Azarova T.S., Makarova N.M., Davies W.J., Tikhonovich I.A. // Ann. Appl. Biol. 2015. V. 167. P. 11–25.
  43. Phillips D.A., Fox T.C., King M.D., Bhuvaneswari T.V., Teuber L.R. // Plant Physiol. 2004. V. 136. P. 2887–2894.
  44. Kawasaki A., Dennis P.G., Forstner C., Raghavendra A.K.H., Mathesius U., Richardson A., Delhaize E., Gilliham M., Watt M., Ryan P.R. // Plant Physiol. 2021. V. 187. P. 2279–2295.
  45. Yahya M., Islam E.U., Rasul M., Farooq I., Mahreen N., Tawab A., Irfan M., Rajput L., Amin I., Yasmin S. // Front. Microbiol. 2021. V. 12. Article 744094. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.744094
  46. Sasse J., Martinoia E., Northen T. // Trends Plant Sci. 2018. V. 25. № 1. P. 25–41.
  47. Tsunoda T., van Dam N.M. // Pedobiologia. 2017. V. 65. P. 58–67.
  48. Pang Z., Chen J., Wang T., Gao C., Li Z., Guo L., Xu J., Cheng Y. // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. Article 621276. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.621276
  49. Кравченко Л.В., Макарова Н.М., Азарова Т.С., Проворов Н.А., Тихонович И.А. // Микробиология. 2002. Т. 71. № 4. С. 521–525.
  50. Струнникова О.К., Шахназарова В.Ю., Вишневская Н.А, Ручий А.С, Чижевская Е.П. // Микология и фитопатология. 2013. Т. 47. № 3. С. 196–203.
  51. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М.: Мир, 1992. 184 с.
  52. Городничев Р.М., Пестрякова Л.А., Ушницкая Л.А., Левина С.Н., Давыдова П.В. Методы экологических исследований. Основы статистической обработки данных: учебно-методическое пособие. Якутск: Издательский дом СВФУ, 2019. 94 с.
  53. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Институт компьютерных исследований, 2002. 656 с.
  54. Сергеев А.П., Тарасов Д.А. Введение в нейросетевое моделирование: учебное плобие Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2017. 128 с.
  55. Гудфеллоу Я., Бенджио И., Курвилль А. Глубокое обучение. М.: ДМК Пресс, 2018. 652 с.
  56. Naher U.A., Radziah O., Halimi M.S., Shamsuddin Z.H., Mohd Razi I. // Res. J. Microbiol. 2008. V. 3. P. 580–587.
  57. Кузмичева Ю.В., Шапошников А.И., Азарова Т.С., Петрова С.Н., Наумкина Т.С., Борисов А.Ю., Белимов А.А. и др. // Физиология растений. 2014. Т. 61. № 1. С. 121–128.
  58. Inceoglu Ö., Salles J.F., van Elsas J.D. // Microb. Ecol. 2012. V. 63. P. 460–470.
  59. Kuzmicheva Y.V., Shaposhnikov A.I., Petrova S.N., Makarova N.M., Tychinskaya I.L., Puhalsky J.V. et al. // Plant Soil. 2017. V. 419. P. 83–96.
  60. Шапошников А.И., Моргунов А., Акин Б., Макарова Н.М., Белимов А.А., Тихонович И.А. // Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51. № 1. С. 58–78.
  61. Beleggia R., Rau D., Laidò G., Platani C., Nigro F., Fragasso M., De Vita P., Scossa F., Fernie A.R., Nikoloski Z., Papa R. // Mol. Biol. Evol. 2016. V 33. P. 1740–1753.
  62. Iannucci A., Fragasso M., Beleggia R., Nigro F., Papa R. // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. Article 2124.https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02124
  63. Qu Q., Li Y., Zhang Z., Cui H., Zhao Q., Liu W., Lu T., Qian H. // J. Hazard Mater. 2021. V. 411. Article 125137. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125137
  64. O’Neal L., Vo L., Alexandre G. // Appl. Environ. Microbiol. 2020. V. 86. № 15. Article e01026-20. https://doi.org/10.1128/AEM.01026-20
  65. Цавкелова Е.А., Климова С.Ю., Чердынцева Т.А., Нетрусов Л.И. // Прикл. биохимия и микробиология. 2006. Т. 42. № 2. С. 133–143.
  66. Patten C.L., Blakney A.J., Coulson T.J. // Crit. Rev. Microbiol. 2013. V. 39. № 4. P. 395–415.
  67. Сырова Д.С., Шапошников А.И., Юзихин О.С., Белимов А.А. // Прикл. биохимия и микробиология. 2022. Т. 58. № 1. С. 3–22.
  68. Glick B.R., Biljana T., Czarny J., Cheng Z., Duan J., McConkey B. // Crit. Rev. Plant Sci. 2007. V. 26. P. 227–242.
  69. Богатых Б.А. Фрактальная природа живого: системное исследование биологической эволюции и природы сознания. М.: Книжный дом “ЛИБЕКОМ”, 2012. 256 с.
  70. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Институт компьютерных исследований, 2002. 656 с.
  71. Гафаров Ф.М., Галимянов А.Ф. Искусственные нейронные сети и приложения: учебное пособие. Казань: Изд-во Казанского университета, 2018. 121 с.
  72. Воробьев Н.И., Селина М.В. // Пермский аграрный вестник. 2021. № 4(36). С. 92–99.
  73. Keller B., Wicker T., Krattinger S.G. // Annu. Rev. Phytopathol. 2018. V. 56. P. 67–87.
  74. Wulff B.B., Krattinger S.G. // Curr. Opin. Biotechnol. 2022. V. 73. P. 270–275.
  75. Dracatos P.M., Haghdoust R., Singh D., Park R.F. // New Phytol. 2018 V. 218. № 2. P. 453–462.
  76. Проворов Н.А., Тихонович И.А., Ворорбьев Н.И. // Генетика. 2016. Т. 52. № 2. С. 137–145.
  77. Rengel Z. // Plant Soil. 2002. V. 245. P. 59–70.
  78. Wang J., Li R., Zhang H., Wei G., Li Z. // BMC Microbiol. 2020. V. 20. Article 38. https://doi.org/10.1186/s12866-020-1708-z

Дополнительные файлы


© А.И. Шапошников, А.А. Белимов, Т.С. Азарова, О.К. Струнникова, Н.А. Вишневская, Н.И. Воробьев, О.С. Юзихин, Л.А. Беспалова, И.А. Тихонович, 2023

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».