Помощь студентам в учебе
РОЛЬ ЖАСМОНАТ- И САЛИЦИЛАТ-РЕГУЛИРУЕМЫХ ОТВЕТОВ РАСТЕНИЙ В ДЕТЕРМИНИРОВАНИИ ТИПА ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА, ВЫЗЫВАЕМОГО PECTOBACTERIUMATROSEPTICUM
|
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Роль «защитных» фитогормонов в растительно-микробных 8
взаимодействиях
1.2 Физиологическое действие, биосинтез и передача сигнала 10 “защитных” фитогормонов
1.2.1 Жасмоновая кислота 10
1.2.2 Салициловая кислота 15
1.3 Взаимодействие сигнальных систем фитогормонов 20
1.4 Заболевания растений, вызываемые фитопатогенными 24
Pectobacterium atrosepticum
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 29
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 29
2.1 Объекты исследований 29
2.2 Методы исследований 29
2.2.1 Культивирование растений и их инфицирование 29
2.2.2 Культивирование бактерий 31
2.2.3 Оценка титра культивируемых клеток P. atrosepticum SCRI1043 32
2.2.4 Анализ нуклеотидных последовательностей и конструирование праймеров
2.2.5 Выделение РНК и синтез кДНК 32
2.2.6 Полимеразная цепная реакция в реальном времени 33
2.2.7 Электрофорез нуклеиновых кислот в агарозном геле 34
2.2.8 Расчет относительного уровня экспрессии генов 34
2.2.9 Анализ контрольных и инфицированных растений с помощью 35
световой микроскопии
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 36
3.1 Отработка тест-системы для оценки содержания транскриптов маркерных ЖК- и СК-индуцируемых генов у растений табака (Nicotiana tabacum) и картофеля (Solanum tuberosum)
3.2 Анализ уровня экспрессии СК- и ЖК -индуцируемых маркерных генов у растений картофеля и табака при инфекции, вызванной фитопатогеном Pectobacterium atrosepticum
3.3 Влияние экзогенной индукции жасмонат- и салицилат-зависимых гормональных ответов на развитие симптомов заболевания, вызванного Pectobacterium atrosepticum
3.4 Сравнение стратегий колонизации растений диким типом фитопатогена Pectobacterium atrosepticum и мутантом по гену фермента биосинтеза коронафациевой кислоты ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Роль «защитных» фитогормонов в растительно-микробных 8
взаимодействиях
1.2 Физиологическое действие, биосинтез и передача сигнала 10 “защитных” фитогормонов
1.2.1 Жасмоновая кислота 10
1.2.2 Салициловая кислота 15
1.3 Взаимодействие сигнальных систем фитогормонов 20
1.4 Заболевания растений, вызываемые фитопатогенными 24
Pectobacterium atrosepticum
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 29
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 29
2.1 Объекты исследований 29
2.2 Методы исследований 29
2.2.1 Культивирование растений и их инфицирование 29
2.2.2 Культивирование бактерий 31
2.2.3 Оценка титра культивируемых клеток P. atrosepticum SCRI1043 32
2.2.4 Анализ нуклеотидных последовательностей и конструирование праймеров
2.2.5 Выделение РНК и синтез кДНК 32
2.2.6 Полимеразная цепная реакция в реальном времени 33
2.2.7 Электрофорез нуклеиновых кислот в агарозном геле 34
2.2.8 Расчет относительного уровня экспрессии генов 34
2.2.9 Анализ контрольных и инфицированных растений с помощью 35
световой микроскопии
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 36
3.1 Отработка тест-системы для оценки содержания транскриптов маркерных ЖК- и СК-индуцируемых генов у растений табака (Nicotiana tabacum) и картофеля (Solanum tuberosum)
3.2 Анализ уровня экспрессии СК- и ЖК -индуцируемых маркерных генов у растений картофеля и табака при инфекции, вызванной фитопатогеном Pectobacterium atrosepticum
3.3 Влияние экзогенной индукции жасмонат- и салицилат-зависимых гормональных ответов на развитие симптомов заболевания, вызванного Pectobacterium atrosepticum
3.4 Сравнение стратегий колонизации растений диким типом фитопатогена Pectobacterium atrosepticum и мутантом по гену фермента биосинтеза коронафациевой кислоты ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Жасмонатам и салицилатам отводят ключевые роли в регулировании ответных реакций растений на патогенные организмы. Многократно продемонстрировано, что эти регуляторные соединения определяют устойчивость растений к патогенам [Gaffney et al., 1993; Nawrath et al., 2002; Glazebrook, 2005; Nandi et al.,2005]. В то же время, известно, что индукция жасмонат- и салицилат-зависимых ответов может определять не только устойчивость, но и восприимчивость растений к определенным паразитам [Robert-Seilaniantz et al., 2007; Koornneef, Pieterse, 2008; Robert-Seilaniantz et al., 2011]. Следовательно, роль жасмонатов и салицилатов в растительно - микробных взаимодействиях дуалистична и зависит от таксономической принадлежности патогена и стратегии его взаимодействия с хозяином.
Жасмонат- и салицилат-регулируемые ответы, как правило, являются антагонистами [Thaler et al., 2002; Robert-Seilaniantz et al., 2011]; вследствие этого в растении при атаке патогенов преимущественно активируется только один из двух возможных вариантов ответа, но не оба сразу. Фитопатогенные микроорганизмы, в свою очередь, обычно чувствительны к одному из типов ответов, но устойчивы к другому. В связи с этим, с одной стороны, антагонизм салицилат- и жасмонат-индуцируемых ответов позволяет растению «выбрать» более эффективный защитный ответ против конкретного патогена. С другой стороны, такой антагонизм позволяет патогену «дезориентировать» хозяина и целенаправленно индуцировать в растении ту защитную систему, работа которой, во-первых, не препятствует развитию патогена и, во-вторых, за счет антагонизма угнетает другую защитную систему хозяина - губительную для микроорганизма [Горшков, 2017]. Таким образом, индукция как жасмонат-, так и салицилат- регулируемых ответов, может являться критерием как устойчивости, так и восприимчивости растений к паразитам.
Молекулярно-физиологические критерии устойчивости и восприимчивости растений к одним из самых вредоносных фитопатогенов - пектобактериям (род Pectobacterium) - не определены. Эти бактерии вызывают заболевания, выражающиеся развитием так называемых мягких гнилей, и приводят к потере до 70% урожая [Mansfield et al., 2012]. В то же время показано, что пектобактерии могут колонизировать растения, не вызывая симптомов заболевания [Perombelon, 2002; Czajkowski et al., 2011]. Следовательно, эти микроорганизмы способны взаимодействовать с растениями по разным сценариям, вызывая не только типичные, сопряженные с развитием гнилей, инфекции, но и латентные (бессимптомные). Владение информацией о том, что сдерживает пектобактерий в рамках латентных инфекций может послужить основой для предотвращения ущерба, вызываемого этими патогенами.
Наличие у пектобактерий генов, кодирующих ферменты биосинтеза функционального аналога жасмонатов - коронафациевой кислоты - указывает на то, что эти бактерии, вероятно, способны манипулировать жасмонат- и салицилат-зависимыми ответами растений и, по нашему предположению, степень индукции этих ответов во многом определяет сценарий взаимодействия пектобактерий с растениями.
В связи с этим, цель нашего исследования заключалась в выяснении роли жасмонат- и салицилат-регулируемых ответов растений в развитии симптомов заболевания у растений табака (Nicotiana tabacum) и картофеля (Solanum tuberosum) при взаимодействии с фитопатогенной бактерией Pectobacterium atrosepticum.
В рамках указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Сравнение уровней экспрессии генов-маркеров салицилат- и жасмонат-опосредованных гормональных систем у растений картофеля (S. tuberosum) и табака (N. tabacum) при развитии типичной и латентной инфекций, вызываемых P. atrosepticum.
2. Оценка влияния экзогенной индукции жасмонат - и салицилат- регулируемых ответов у растений табака на развитие симптомов заболевания, вызываемого P. atrosepticum.
3. Выяснение роли синтезируемой P. atrosepticum коронофациевой кислоты в развитии симптомов заболевания у растений табака и картофеля.
Жасмонат- и салицилат-регулируемые ответы, как правило, являются антагонистами [Thaler et al., 2002; Robert-Seilaniantz et al., 2011]; вследствие этого в растении при атаке патогенов преимущественно активируется только один из двух возможных вариантов ответа, но не оба сразу. Фитопатогенные микроорганизмы, в свою очередь, обычно чувствительны к одному из типов ответов, но устойчивы к другому. В связи с этим, с одной стороны, антагонизм салицилат- и жасмонат-индуцируемых ответов позволяет растению «выбрать» более эффективный защитный ответ против конкретного патогена. С другой стороны, такой антагонизм позволяет патогену «дезориентировать» хозяина и целенаправленно индуцировать в растении ту защитную систему, работа которой, во-первых, не препятствует развитию патогена и, во-вторых, за счет антагонизма угнетает другую защитную систему хозяина - губительную для микроорганизма [Горшков, 2017]. Таким образом, индукция как жасмонат-, так и салицилат- регулируемых ответов, может являться критерием как устойчивости, так и восприимчивости растений к паразитам.
Молекулярно-физиологические критерии устойчивости и восприимчивости растений к одним из самых вредоносных фитопатогенов - пектобактериям (род Pectobacterium) - не определены. Эти бактерии вызывают заболевания, выражающиеся развитием так называемых мягких гнилей, и приводят к потере до 70% урожая [Mansfield et al., 2012]. В то же время показано, что пектобактерии могут колонизировать растения, не вызывая симптомов заболевания [Perombelon, 2002; Czajkowski et al., 2011]. Следовательно, эти микроорганизмы способны взаимодействовать с растениями по разным сценариям, вызывая не только типичные, сопряженные с развитием гнилей, инфекции, но и латентные (бессимптомные). Владение информацией о том, что сдерживает пектобактерий в рамках латентных инфекций может послужить основой для предотвращения ущерба, вызываемого этими патогенами.
Наличие у пектобактерий генов, кодирующих ферменты биосинтеза функционального аналога жасмонатов - коронафациевой кислоты - указывает на то, что эти бактерии, вероятно, способны манипулировать жасмонат- и салицилат-зависимыми ответами растений и, по нашему предположению, степень индукции этих ответов во многом определяет сценарий взаимодействия пектобактерий с растениями.
В связи с этим, цель нашего исследования заключалась в выяснении роли жасмонат- и салицилат-регулируемых ответов растений в развитии симптомов заболевания у растений табака (Nicotiana tabacum) и картофеля (Solanum tuberosum) при взаимодействии с фитопатогенной бактерией Pectobacterium atrosepticum.
В рамках указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Сравнение уровней экспрессии генов-маркеров салицилат- и жасмонат-опосредованных гормональных систем у растений картофеля (S. tuberosum) и табака (N. tabacum) при развитии типичной и латентной инфекций, вызываемых P. atrosepticum.
2. Оценка влияния экзогенной индукции жасмонат - и салицилат- регулируемых ответов у растений табака на развитие симптомов заболевания, вызываемого P. atrosepticum.
3. Выяснение роли синтезируемой P. atrosepticum коронофациевой кислоты в развитии симптомов заболевания у растений табака и картофеля.
1. Продемонстрировано, что развитие типичной инфекции, вызванной Pectobacterium atrosepticum и связанной с развитием симптомов мягких гнилей, у растений табака (Nicotiana tabacum) и картофеля (Solanum tuberosum) сопряжено с активацией экспрессии жасмонат-индуцируемых генов; при развитии латентной инфекции уровень индукции экспрессии этих генов значительно ниже, чем при развитии типичной инфекции.
2. Выяснено, что уровень активации экспрессии салицилат- индуцируемых генов при латентной инфекции, вызванной Pectobacterium atrosepticum, у растений табака и картофеля значительно выше, чем при развитии типичной инфекции.
3. Показано, что экзогенная активация жасмонат-зависимых ответов не сдерживает размножение клеток Pectobacterium atrosepticum в растениях табака и не влияет на морфологические признаки заболевания, вызываемого этим патогеном; индукция салицилат-зависимых ответов при этом предотвращает развитие симптомов заболевания.
4. Выявлено, что критерием перехода латентной инфекции, вызываемой Pectobacterium atrosepticum, в фазу острой инфекции, сопряженной с развитием мягких гнилей, является сверхиндукция жасмонат - опосредованных ответов, которая обеспечивается синтезируемой фитопатогеном коронафациевой кислотой.
2. Выяснено, что уровень активации экспрессии салицилат- индуцируемых генов при латентной инфекции, вызванной Pectobacterium atrosepticum, у растений табака и картофеля значительно выше, чем при развитии типичной инфекции.
3. Показано, что экзогенная активация жасмонат-зависимых ответов не сдерживает размножение клеток Pectobacterium atrosepticum в растениях табака и не влияет на морфологические признаки заболевания, вызываемого этим патогеном; индукция салицилат-зависимых ответов при этом предотвращает развитие симптомов заболевания.
4. Выявлено, что критерием перехода латентной инфекции, вызываемой Pectobacterium atrosepticum, в фазу острой инфекции, сопряженной с развитием мягких гнилей, является сверхиндукция жасмонат - опосредованных ответов, которая обеспечивается синтезируемой фитопатогеном коронафациевой кислотой.