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

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».