Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам

Исследовано влияние фитогормонов на морфологию и устойчивость каллусов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. к инфицированию возбудителем твердой головни Tilletia caries Tul. Выдвинуто предположение, что накопление перекиси водорода в результате индуцирующего воздействия кинетина и АБК на активност...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Яруллина, Л.Г., Сурина, О.Б., Максимов, И.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2008
Schriftenreihe:	Фактори експериментальної еволюції організмів
Schlagworte:	Технології in vitro: проблеми та перспективи
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/178261
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам / Л.Г. Яруллина, О.Б. Сурина, И.В. Максимов // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2008. — Т. 5. — С. 275-279. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-178261
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1782612021-02-19T01:28:17Z Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам Яруллина, Л.Г. Сурина, О.Б. Максимов, И.В. Технології in vitro: проблеми та перспективи Исследовано влияние фитогормонов на морфологию и устойчивость каллусов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. к инфицированию возбудителем твердой головни Tilletia caries Tul. Выдвинуто предположение, что накопление перекиси водорода в результате индуцирующего воздействия кинетина и АБК на активность оксалатоксидазы является одним из факторов, повышающих устойчивость каллусов пшеницы к патогену. The influence of phytohormones on resistance of wheat (Triticum aestivum L) calluses to bunt agent Tilletia caries Tul. was studied. Probably, the accumulation of hydrogen peroxide in wheat calluses under influence of kinetin and ABA on oxalateoxidase activity is one of the factors increasing wheat resistance to bunt agent. 2008 Article Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам / Л.Г. Яруллина, О.Б. Сурина, И.В. Максимов // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2008. — Т. 5. — С. 275-279. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2219-3782 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/178261 ru Фактори експериментальної еволюції організмів Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Технології in vitro: проблеми та перспективи Технології in vitro: проблеми та перспективи
spellingShingle	Технології in vitro: проблеми та перспективи Технології in vitro: проблеми та перспективи Яруллина, Л.Г. Сурина, О.Б. Максимов, И.В. Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам Фактори експериментальної еволюції організмів
description	Исследовано влияние фитогормонов на морфологию и устойчивость каллусов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. к инфицированию возбудителем твердой головни Tilletia caries Tul. Выдвинуто предположение, что накопление перекиси водорода в результате индуцирующего воздействия кинетина и АБК на активность оксалатоксидазы является одним из факторов, повышающих устойчивость каллусов пшеницы к патогену.
format	Article
author	Яруллина, Л.Г. Сурина, О.Б. Максимов, И.В.
author_facet	Яруллина, Л.Г. Сурина, О.Б. Максимов, И.В.
author_sort	Яруллина, Л.Г.
title	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам
title_short	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам
title_full	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам
title_fullStr	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам
title_full_unstemmed	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам
title_sort	технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Технології in vitro: проблеми та перспективи
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/178261
citation_txt	Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам / Л.Г. Яруллина, О.Б. Сурина, И.В. Максимов // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2008. — Т. 5. — С. 275-279. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Фактори експериментальної еволюції організмів
work_keys_str_mv	AT ârullinalg tehnologiâinvitrovizučeniimehanizmovustojčivostirastenijkpatogenam AT surinaob tehnologiâinvitrovizučeniimehanizmovustojčivostirastenijkpatogenam AT maksimoviv tehnologiâinvitrovizučeniimehanizmovustojčivostirastenijkpatogenam
first_indexed	2025-07-15T16:44:10Z
last_indexed	2025-07-15T16:44:10Z
_version_	1837732044396822528
fulltext	275 раньше, чем у генотипов, формирующих зеленые растения с высокой частотой. Различия в соотношении зеленых и альбиносных растений могут быть обусловлены также несинхронностью прохождения микроспорогенеза в пределах выборки растений. Таким образом, ультраструктурный анализ клеток альбиносных растений- регенерантов на разных стадиях развития указывает, на наш взгляд, о том, что в их клетках развитие пластид блокируется на ранних этапах, в них не происходит формирование гранально-ламеллярной мембранной системы, а затем идет постепенная деградация пластид и ускоренное старение клеток. Литература 1. C a r e d d a S. and C l e m e n t C. Androgenesis and albinism in Poaceae: influence of genotype and carbohydrates// Anther and Pollen: from biolodgi to biotechnolodgy.- Berlin, 1999. – P. 211–229. 2. K a s h a K. J., H u T. C., O r o R., S i m i o n E., S h i m Y. S. Production of haploids in cereals// Journal of Experimental Botany. 2001. Vol. 52. P. 1227–1238. 3. C i s t u й L., R a m o s A., C a s t i l l o A. M. Influence of anther pretreatment and culture medium on the production of barley doubled haploids from model and low responding cultivars// Plant Cell, Tissue and Organ Culture. – 1999. – Vol. 55. – P. 159 –166. 4. R e i n b o t h e S., R e i n b o t h e C. Regulation of chlorophyll biosynthesis in angiosperms// Plant Physiol. –1996. –Vol. 111.– P. 1–7. 5. М о з г о в а Г. В. Изменение хлоропластного генома и структурных белков фотосинтетического аппаратау альбиносных растений, полученных методом культуры пыльников пшеницы // Сборник трудов молодых ученых НАН Беларуси. –2004. – Т. 2. – С. 40–45. 6. L a r s e n E. T., T u v e s s o n I. K. D., A n d e r s e n S. B. Nuclear genes affecting percentage of green plants in barley anther culture// Theor. Appl. Genet. – 1991. – Vol. 82. – P. 417–420. 7. Атлас ультратруктуры растительньных тканей. / Под ред. М. Ф. Даниловой и Г. М. Козубова. Петрозаводск, 1980. 456 с. 8. S u n d e r l a n d N., H u a n g B. Barley anther culture: the switch of program and albinism// Hereditas Suppl. – 1985. –Vol. 3. – P. 27–40. Резюме Ультраструктурный анализ клеток альбиносных растений-регенерантов на разных стадиях развития указывает на то, что в их клетках развитие пластид блокируется на ранних этапах, в них не происходит формирование гранально- ламеллярной мембранной системы, а затем идет постепенная деградация пластид и ускоренное старение клеток. An ultrustructure analysis of albino regenerant plant cells at various developmental stages indicates that plastid development in their cells is blocked at early stages. Granal- lamellar membrane system is not formed and then gradual plastid degradation and rapid cell senescence proceed. ЯРУЛЛИНА Л.Г., СУРИНА О.Б., МАКСИМОВ И.В. Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН, Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, 71; тел. (347)2356088; e-mail: phyto@anrb.ru ТЕХНОЛОГИЯ IN VITRO В ИЗУЧЕНИИ МЕХАНИЗМОВ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ПАТОГЕНАМ Метод культуры in vitro открывает широкие возможности для изучения молекулярных и клеточных механизмов иммунитета растений, таких как первичные 276 этапы узнавания, трансдукции сигнала, индукции и экспрессии защитных реакций, механизмов действия индукторов устойчивости, а также других вопросов, выяснение которых затруднено или невозможно на уровне целого растения. В настоящее время широко обсуждается участие активных форм кислорода в формировании и проявлении многообразия защитных реакций растений к фитопатогенам. Благодаря работам ряда специалистов в значительной мере стала понятна последовательность событий, развивающихся при контакте растения с патогеном [1; 5]. Важный этап в формировании защитного эффекта – резкая и многократная активация локализованных в клеточной стенке и плазмалемме оксидоредуктаз, регулирующих уровень активных форм кислорода (АФК) [6]. Необходимость такой регуляции диктуется тем, что АФК, являясь вторичными мессенджерами, запускают каскад защитных реакций растений, опосредуют лигнификацию клеточной стенки, и, проявляя биоцидные свойства, подавляют рост микроорганизмов, индуцируют гиперчувствительную гибель клеток хозяина в зоне инфицирования. В последнее время появились данные о влиянии фитогормонов на экспрессию генов оксидоредуктаз. Так, показано, что транскрипция гена оксалатоксидазы пшеницы находится под контролем ауксина [2], АБК активирует один из ключевых ферментов образования АФК – НАДФН-оксидазу [4], а цитокинины участвуют в регуляции экспрессии гена пероксидазы [3]. В задачу данной работы входило изучение влияния экзогенных гормонов на морфологию и устойчивость к возбудителю твердой головни каллусов восприимчивой пшеницы, в сравнении с каллусами устойчивых образцов, обусловленную накоплением перекиси водорода с участием оксалатоксидазы. Материалы и методы В качестве эксплантов для получения каллусов использовали незрелые зародыши пшеницы Triticum aestivum L. сортов Жница и Заря и пшеницы T. timopheevii Zhuk. (образец к-58666 из коллекции Всесоюзного НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова, С-Петербург). На 3 сут от начала 2-ого пассажа часть каллусов инфицировали телиоспорами возбудителя твердой головни Tilletia caries (DC.) Tul. В опытных вариантах каллусы культивировали в присутствии ИУК и АБК в концентрации 2 мг/л, кинетина в концентрации 0.2 мг/л. Оксалатоксидазу выделяли с использованием 0.05 М сукцинатного буфера, pH 3.8 по методике [7]. Активность фермента оценивали спектрофотометрически на 10 сут после инокуляции. Единица активности фермента соответствовала количеству окисленного субстрата, дающего прирост оптической плотности ΔА за 1 мин. Содержание перекиси водорода в каллусах определяли с использованием ксиленолового оранжевого на приборе для иммуноферментного анализа АИФ – 340/620- 01 (С.-Петербург) при длине световой волны 560 нм. В каждом варианте фиксировали по 5 - 10 каллусов. В таблице и на рисунках представлены средние значения из 3-х биологических повторов и ошибка средней. Результаты и обсуждение Контрольные каллусы восприимчивого к возбудителю твердой головни сорта Жница характеризовались как слабо обводненные, рыхлые, крупно глобулярные образования, имеющие небольшое количество плотных участков (в среднем 2-3 на каллус). Присутствие в среде культивирования фитогормонов по-разному влияло на морфологию каллусов. Так, введение АБК или кинетина в среду культивирования приводило к 2-х кратному увеличению количества плотных участков на фоне сокращения площади рыхлого каллуса. Кроме того, присутствие кинетина в среде культивирования в этот срок опыта инициировало появление в каллусах единичных ризоидов. Введение ИУК в среду культивирования приводило к разрыхлению каллусов и инициировало в них ризогенез. Инфицирование каллусов пшеницы сорта Жница 277 возбудителем твердой головни инициировало ризогенез, что, вероятно, связано со способностью патогена секретировать в растительные ткани ауксины. Присутствие фитогормонов в среде культивирования изменяло защитные свойства каллусов. Так, если в контроле споры гриба начинали прорастать через 7 сут после инокуляции, то в варианте опыта с ИУК это происходило уже через 5 сут, а с АБК и кинетином только через 8 сут. В ходе инфицирования мицелий гриба рос на контрольных каллусах и на каллусах, культивируемых с ИУК, довольно быстро и через 20 сут после инфицирования покрывал примерно 40-50 % поверхности каллусов. Введение в питательную среду АБК и кинетина замедляло распространение мицелия в каллусе и к указанному сроку мицелий покрывал только около 20 % поверхности каллусов. Таким образом, внесение ИУК в среду культивирования каллусов пшеницы сорта Жница способствовало росту возбудителя твердой головни, в то время как введение АБК и кинетина, напротив, существенно ограничивало распространение мицелия. Вероятно, повышение устойчивости было обусловлено появлением в каллусах плотных участков, а снижение устойчивости - разрыхлением каллусов. Для проверки этого предположения нами были исследованы морфология и развитие защитного ответа каллусов устойчивых образцов пшеницы. Наши наблюдения показали, что контрольные каллусы устойчивых форм мягкой пшеницы сорта Заря и образца к-58666 пшеницы Тимофеева представляли собой плотные, глобулярные образования. В каллусах пшеницы сорта Заря споры гриба прорастали через 9 сут, в каллусах пшеницы Тимофеева только через 10 сут. Более того, спустя 3 недели после инокуляции мицелий возбудителя твердой головни покрывал только 10 % площади поверхности каллусов устойчивых образцов пшеницы. Совокупность полученных данных показывает, что одним из факторов устойчивости каллусов является их высокая структурированность. Как известно, Н2О2 является сигнальной молекулой и участвует в запуске защитных реакций в растениях, в то же время, в нормальных условиях она участвует в процессах морфогенеза. Нашей задачей было выявление связи между уровнем Н2О2, структурированностью каллусов пшеницы и их устойчивостью к грибу. В интактных каллусах высоко устойчивого образца пшеницы T. timopheevii содержание перекиси водорода было самым высоким и составляло 32.1±1.8 мкМ/г по сравнению с 15,0±0.9 мкМ/г в каллусах пшеницы восприимчивого сорта Жница (табл. 1). При инфицировании в каллусах всех исследуемых видов пшеницы концентрация Н2О2 повышалась в различной степени. Так, если в инфицированных каллусах пшеницы T. timopheevii содержание Н2О2 увеличивалось на 66%, пшеницы сорта Заря – на 53%, то у каллусах пшеницы сорта Жница только на 26% относительно контроля. Добавление ИУК в среду культивирования каллусов пшеницы сорта Жница приводило к повышению уровня перекиси водорода на 35%. В то же время в варианте с АБК содержание Н2О2 превышало контрольный вариант на 45%, а с кинетином – на 57%. Таблица 1 Содержание Н2О2 (мкМ/г сырого веса) в каллусах пшеницы при культивировании в присутствии фитогормонов и при инфицировании возбудителем твердой головни (12 сут после инфицирования) Вариант опыта Контроль Инфицирование сорт Жница контроль 15.0±0.9 18.9±0.4 ИУК, 2.0 мг/л 20.2±0.3 23.8±0.5 Кинетин, 0.2 мг/л 23.5±2.7 48.9±3.7 АБК, 2.0 мг/л 21.8±1.2 25.1±1.5 сорт Заря контроль 23.7±1.9 36.3±2.1 278 T. timopheevii контроль 32.1±1.8 53.2±2.6 Таким образом, в присутствии АБК и кинетина накопление перекиси водорода в каллусах было намного сильнее, чем на среде, содержащей ИУК. Таким образом, ограничение роста патогена могло быть обусловлено повышением содержания перекиси водорода в каллусах пшеницы сорта Жница под воздействием фитогормонов. Наблюдаемые изменения в уровне Н2О2 могли быть связаны с активностью ферментов, локализованных в клеточной стенке и изменениями в биохимической составляющей апопласта, в том числе оксалатоксидазе. Контрольные каллусы устойчивых форм пшеницы характеризовались более высокой активностью оксалатоксидазы как в цитоплазматической, так и ионно-связанной с клеточной стенкой фракциях фермента по сравнению с каллусами восприимчивой (табл. 2). Таблица 2 Влияние фитогормонов на активность оксалатоксидазы (ед. на 1 г сырой массы) в каллусах пшеницы при инфицировании возбудителем твердой головни T. caries (10 сут после инокуляции) контроль инфицирование во фракции фермента Варианты цитоплазмати - ческой ионно-связан - ной цитоплазмати - ческой ионно-связан- ной сорт Жница контроль 15.9±0.8 0.98±0.06 21.3±1.9 0.63±0.04 ИУК 11.3±0.5 0.79±0.04 14.5±0.8 0.58±0.03 Кинетин 26.2±1.7 1.32±0.08 30.9±2.7 1.21±0.07 АБК 20.1±1.4 1.14±0.05 27.8±1.6 0.93±0.05 сорт Заря контроль 18.9±1.2 1.09±0.05 29.6±1.9 1.64±0.09 T. timopheevii контроль 31.4±2.1 1.36±0.09 50.1±3.5 2.34±1.8 При инфицировании повышение активности оксалатоксидазы в каллусах восприимчивой пшеницы наблюдалось только в цитоплазматической фракции фермента. В то время как, в устойчивых формах она повышалась как в цитоплазматической, так и в ионно-связанной с клеточными стенками фракциях белка. Введение АБК и кинетина в среду культивирования каллусов восприимчивой пшеницы сорта Жница приводило к индукции оксалатоксидазы в обеих фракциях фермента, но особо высокое индуцирующее действие эти гормоны оказывали на ионно-связанную фракцию. Стимулирующий эффект АБК был ниже: активность оксалатоксидазы в цитоплазматической фракции белка повышалась только в 1.3 раза, а в ионно-связанной с клеточной стенкой – в 1.5 раза (табл. 2). Таким образом, результаты проведенных экспериментов свидетельствуют, что введение в среду культивирования каллусов пшеницы АБК и кинетина инициировало в них образование плотных непоражаемых грибом участков, введение ИУК – к разрыхлению каллусов и увеличивало число ризоидов. Появление плотных участков, усиление ризогенеза под влиянием гормонов было сопряжено с повышением уровня перекиси водорода в каллусах. Можно предположить, что метаболические пути, приводящие к накоплению этого соединения, различаются. Так, если в случае с АБК и кинетина повышение концентрации перекиси водорода было обусловлено индукцией активности оксалатоксидазы в области клеточной стенки, то при воздействии ИУК более высокий уровень Н2О2, вероятно, связан с ингибированием под ее воздействием пероксидазы. В первом случае это способствовало повышению устойчивости каллусов 279 пшеницы к возбудителю твердой головни, а во втором, приводило к снижению их защитных свойств. Полученные результаты дают основание считать, что фитогормоны участвуют в формирования устойчивости растительных клеток к возбудителю твердой головни за счет регуляции активности ферментов про/антиоксидантной системы, способствующих не только накоплению перекиси водорода в зоне инфицирования, но и ее утилизации в ходе последующих защитных реакций. Работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ №05-04-48310 Литература 1. Аверьянов А.А. Активные формы кислорода и иммунитет растений // Успехи современной биологии. - 1991. - Т. 111. - C. 722-738. 2. Berna A., Bernier F. Regulated expression of a wheat germin gene in tobacco: oxalate oxidase activity and apoplastic localization of the heterologous protein // Plant Mol. Biol. - 1997. - vol. - 33. P. 417–429. 3. Dong X. Finding the missing pieces in the pulse of plant disease resistance // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1995. - vol. - 92. P. 7137-7139. 4. Guan L., Scandalios J.C. Developmentally related responses of maize catalase gene to salicylic acid // Proc Natl. Acad. Sci. USA. - 1995. - vol. - 92. - P. 5930-5954. 5. Kawano T. Roles of the reactive oxygen species-generating peroxidase reactions in plant defense and growth induction. // Plant Cell Rep. - 2003. - vol. 21. - P. 829-837 6. Mittler R. 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science. 7: P. 405-410 7. Vuletić M., Sukalovich V.H. Characterization of cell wall oxalate oxidase from maize roots // Plant Sci. 2000. - vol. - 157. - P. 257–263. Резюме Исследовано влияние фитогормонов на морфологию и устойчивость каллусов мягкой пшеницы Triticum aestivum L. к инфицированию возбудителем твердой головни Tilletia caries Tul. Выдвинуто предположение, что накопление перекиси водорода в результате индуцирующего воздействия кинетина и АБК на активность оксалатоксидазы является одним из факторов, повышающих устойчивость каллусов пшеницы к патогену. The influence of phytohormones on resistance of wheat (Triticum aestivum L) calluses to bunt agent Tilletia caries Tul. was studied. Probably, the accumulation of hydrogen peroxide in wheat calluses under influence of kinetin and ABA on oxalateoxidase activity is one of the factors increasing wheat resistance to bunt agent.

Технология in vitro в изучении механизмов устойчивости растений к патогенам

Institution

Ähnliche Einträge