Оцінка впливу бактеріальних ліпополісахаридів на стійкість рослин Arabidopsis thaliana до фітопатогенних бактерій

  • Ю. В. Шиліна Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Україна, 003680, Київ, вул. Заболотного, 148
  • М. І. Гуща Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Україна, 003680, Київ, вул. Заболотного, 148
  • О. С. Моложава ННЦ «Інститут біології» Київського національного університету ім. Тараса Шевченка, Україна, 003022, Київ, пр. Глушкова 2
  • О. П. Дмитрієв Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Україна, 003680, Київ, вул. Заболотного, 148

Анотація

Мета. Дослідити вплив ліпополісахаридів, одержаних із різних штамів Pseudomonas aeruginosa, на стійкість рослин Arabidopsis thaliana до бактеріального зараження. Методи. Застосовували загальноприйняті фітопатологічні методи. Результати. Ліпополісахарид (ЛПС) із сапрофітного штаму P. aeruginosa ІМВ 8614 підвищував стійкість рослин дикого типу Сol-0 wt і мутанта npr1 до фітопатогенних бактерій Pseudomonas syringae ІМВ 8511 та P. aeruginosa ІМВ 9096. ЛПС із фітопатогенного штаму P. aeruginosa ІМВ 9096 підвищував стійкість рослин дикого типу до фітопатогенних бактерій P. syringae ІМВ 8511. Ураженість рослин, оброблених цим же ЛПС фітопатогенними бактеріями P. aeruginosa ІМВ 9096, навпаки, зростала. У мутантних рослин npr1 обробка ЛПС 9096 спричиняла зростання ураженості при обробці обома штамами бактерій. Обробка рослин ліпополісахаридом із умовно-патогенного штаму P. aeruginosa ІМВ 9024 приводила до різних ефектів залежно від генотипу рослин – у Сol-0 wt спостерігали захисний ефект, тоді як у рослин npr1, jin та NahG зростала чутливість до зараження бактеріями Pantoea sp. Висновки. Вплив ліпополісахаридів на стійкість рослин A. thaliana до фітопатогенних бактерій залежить від спеціалізації бактерій, з яких вони були виділені. Ефект ЛПС, як одного з еліситорів, залежить від функціонування як саліцилат-, так і жасмонат-залежної сигнальних систем, а також регуляторного білка NPR1.

Ключові слова: Arabidopsis thaliana, Pseudomonas aeruginosa, ліпополісахарид, системна стійкість.

Посилання

Newman M.-A., Sundelin T., Nielsen J.T., Erbs G. MAMP (microbe-associated molecular pattern) triggered immunity in plants. Front. Plant Sci. 2013. Vol. 4. Art. 139. P. 1–14. doi: 10.3389/fpls.2013.00139

Zeidler D., Zähringer U., Gerber I., Dubery I., Hartung T., Bors W., Hutzler P., Durner J. Innate immunity in Arabidopsis thaliana: lipopolysaccharides activate nitric oxide synthase (NOS) and induce defense genes. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004. Vol. 101. P. 15811–15816. doi: 10.1073/pnas.0404536101

Silipo A., Erbs G., Shinya T., Dow J.M., Parrilli M., Lanzetta R., Shibuya N., Newman M.-A., Molinaro A. Glycoconjugates as elicitors or suppressors of plant innate immunity. Glycobiology. 2010. Vol. 20(4). P. 406–419. doi: 10.1093/glycob/cwp201

Newman M.-A., Dow J.M., Molinaro A., Parrilli M. Priming, induction and modulation of plant defense responses by bacterial lipopolysaccharides. J. Endotoxin Res. 2007. Vol. 13. P. 68–79. doi: 10.1177/0968051907079399

Piater L.A., Nürnberger T., Dubery I.A. Identification of a lipopolysaccharide responsive erk-like MAP kinase in tobacco leaf tissue. Mol. Plant Pathol. 2004. Vol. 5(4). P. 331–341. doi: 10.1111/j.1364-3703.2004.00234.x

Newman M.A., Von Roepenack-Lahaye E., Parr A., Daniels M.J., Dow J.M. Prior exposure to lipopolysaccharide potentiates expression of plant defenses in response to bacteria. Plant J. 2002. Vol. 29. P. 487–495. doi: 10.1046/j.0960-7412.2001.00233.x

Coventry H.S., Dubery I.A. Lipopolysaccharides from Burkholderia cepacia contribute to an enhanced defensive capacity and the induction of pathogenesis-related proteins in Nicotianae tabacum. Physiol. Mol. Plant Pathol. 2001. Vol. 58. P. 149–158. doi: 10.1006/pmpp.2001.0323

Dow M., Newman M.-A., von Roepenack E. The induction and modulating of plant defense responses by bacterial lipopolysaccharides. Annu. Rev. Phytopathol. 2000. Vol. 38. P. 241–261. doi: 10.1146/annurev.phyto.38.1.241

Van Wees S.C., Pieterse C.M., Trijssenaar A., Van 't Westende Y.A., Hartog F., Van Loon L.C. Differential induction of systemic resistance in Arabidopsis by biocontrol bacteria. Mol. Plant Microbe Interact. 1997. Vol. 10(6). P. 716–724. doi: 10.1094/MPMI.1997.10.6.716

Leeman M., Vanpelt J.A., Denouden F.M., Heinsbroek M., Pahm B., Schippers B. Induction of systemic resistance against fusarium-wilt of radish by lipopolysaccharides of Pseudomonas fluorescens. Phytopathol. 1995. Vol. 85. P. 1021–1027. doi: 10.1094/Phyto-85-1021

Graham T.L., Sequeira L., Huang, T.S. Bacterial lipopolysaccharides as inducers of disease resistance in tobacco. Appl. Environ. Microbiol. 1977. Vol. 34. P. 424–432.

Варбанец Л.Д., Здоровенко Г.М., Книрель Ю.А. Методы исследования эндотоксинов. Киев: Наукова думка, 2006. 237 с.

Van Wees S.C.M., de Swart E.A.M., van Pelt J.A., van Loon L.C., Pieterse C.M.J. Enhancement of induced disease resistance by simultaneous activation of salicylate- and jasmonate-dependent defense pathways in Arabidopsis thaliana. PNAS. 2000. Vol. 97(15). P. 8711–8716. doi: 10.1073/pnas.130425197

Козировська Н.О. Механізми природної імунності рослини. Біополімери і клітина. 2006. Т. 22(2). С. 91–101. doi: 10.7124/bc.000722

Шамрай С.Н. Иммунная система растений: базальный иммунитет. Цитология и генетика. 2014. Т. 48(4). С. 67–82. doi: 10.3103/S0095452714040057

Mishina T.E., Zeier J. Pathogen-associated molecular pattern recognition rather than development of tissue necrosis contributes to bacterial induction of systemic acquired resistance in Arabidopsis. Plant J. 2007. Vol. 50(3). P. 500 – 513. doi: 10.1111/j.1365-313X.2007.03067.x