Роль саліцилатного та жасмонатного сигнальних шляхів у індукованій ліпополісахаридами стійкості рослин арабідопсису до фітопатогенного штаму Pseudomonas aeruginosa IMB 9096
Анотація
Мета. Дослідити вплив ліпополісахаридів, одержаних з сапрофітних штамів Pseudomonas aeruginosa, на стійкість до патогенного штамму P. aeruginosa IMB 9096 рослин Arabidopsis thaliana дикого типу (Сol-0), мутанта npr1, що не експресує PR-білки, трансгенних рослин NahG, які експресують бактеріальний ген саліцилатгідролази NahG та мутанта jin1, нечутливого до жасмонової кислоти. Методи. Застосовували загальноприйняті фітопатологічні методи. Результати. Ліпополісахарид з сапрофітного штаму P. aeruginosa ІМВ 8614 підвищував стійкість проростків всіх генотипів до ураження фітопатогенними бактеріями P. aeruginosa IMB 9096. Найбільш високе індукування стійкості виявлено для мутанта jin1. Виражений захисний ефект відзначали також у jin1 при обробці ліпополісахаридами з сапрофітного штаму P. aeruginosa ІМВ 8615. У проростків NahG та npr1 обробка ЛПС 8615 навпаки посилювала їх чутливість до ураження, особливо у NahG. Обробка проростків ЛПС з сапрофітного штаму P. aeruginosa ІМВ 8616 підвищувала стійкість до ураження у всіх чотирьох генотипів A. thaliana. Висновки. Вплив ЛПС, одержаних з різних штамів сапрофітних бактерій, може підвищувати або знижувати стійкість рослин до бактеріального ураження. Ефект ЛПС залежить від штаму бактерій та ефективності функціонування саліцилатної та жасмонатної сигнальних систем у заражених рослинах.
Ключові слова: Arabidopsis thaliana, Pseudomonas aeruginosa, ліпополісахарид, індукування стійкості.Посилання
Dmytriyev O.P., Kovbasenko R.V., Lapa S.V., Kovbasenko V.M. Syhnalni systemy roslyn ta formuvannia stiikosti roslyn proty biotychnoho stresu. Kyiv: Feniks, 2015. 192 p. (in Ukr.)
Rashid M.H., Khan A., Hossain M.T., Chung Y.R. Induction of systemic resistance against aphids by endophytic Bacillus velezensis YC7010 via expressing phytoalexin deficient 4 in Arabidopsis Front. Plant Sci. 2017. Vol. 8. P. 211. doi: 10.3389/fpls.2017.00211
Nie P., Li X, Wang S, Guo J, Zhao H., Niu D. Induced systemic resistance against Botrytis cinerea by Bacillus cereus AR156 through a JA/ET- and NPR1-dependent signaling pathway and activates PAMP-triggered immunity in Arabidopsis Front. Plant Sci. 2017. Vol. 8. P. 238. doi: 10.3389/fpls.2017.00238
Zhang H., Huang L., Dai Y., Liu S., Hong Y, Tian L., Huang L., Cao Z., Li D., Song F. Arabidopsis AtRF15 positively regulates immunity against Pseudomonas syringae pv. tomato DC 3000 and Botrytis cinerea. Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. P. 686. doi: 10.3389/fpls.2015.00686
Niu D.-D., Liu H.-X., Jiang C.-H., Wang Y.-P., Wang Q.-Y., Jin H.-L., Guo J.-H. The plant growth–promoting rhizobacterium Bacillus cereus AR156 induces systemic resistance in Arabidopsis thaliana by simultaneously activating salicylate- and jasmonate/ethylene-dependent signaling pathways MPMI. 2011. Vol. 24(5). P. 533–542. doi: 10.1094/MPMI-09-10-0213
Pieterse C.M.J., van Wees S.C.M., Hoffland E., van Pelt J.A., van Loon L.C. Systemic resistance in Arabidopsis induced by biocontrol bacteria is lndependent of salicylic acid accumulation and pathogenesis-related gene expression The Plant Cell. 1996. Vol. 8. P. 1225-1237. doi: 10.1105/tpc.8.8.1225
Hryneva Y.A., Maslak D.V., Sadovskaia L.E., Skakun T.L., Feklystova Y.N. Formyrovanie systemnoy ustoichivosti k abyotycheskym faktoram sredy u rasteniy kapusty belokochannoy pod vozdeystviem elisitorov rizosfernykh bakteriy roda Pseudomonas. XIth international scientific-applied conference daRostim 2015 Theory, practice and perspectives of the application of biologically active compounds in agriculture (17th–19th June 2015, Syktyvkar, Russia). 224 p. (in Russian).
Yutynskaya H.A., Beliavskaia L.A., Kozyritskaia V.E. Mikrobnie preparaty fitozashchitnogo, rostregulyruiushchego i adaptogennogo deystviya dlia rastenievodstva. XIth international scientific-applied conference daRostim 2015 Theory, practice and perspectives of the application of biologically active compounds in agriculture (17th–19th June 2015, Syktyvkar, Russia). 224 p. (in Russian).
Baubekova D.H. Razrabotka polifunktsionalnogo biopreparata na osnove mikroorganizma roda Bacillus dlia zashchity sel′skokhoziaystvennoy produktsii. Estestvennye i matematicheskiye nauki v sovremennom mire. XVIII mezhdunarodnaya-nauchno-prakticheskaya-konferentsya: Sbornyk statey. 2014. No 5 (17). P. 91-97. (in Russian).
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 defence responses by bacterial lipopolysaccharides. J. Endotoxin Res. 2007. Vol. 13. P. 68–79. doi: 10.1177/0968051907079399
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 defence genes. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004. Vol. 101. P. 15811–15816. doi: 10.1073/pnas.0404536101
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
Shilina J., Gusha M., Molozhava O., Dmitriev A. Evaluation of LPS effect on Arabidopsis thaliana plants resistance to phytopathogenic bacteria. Bulletin of Ukrainian Society of Geneticists and Breeders. 2015. Vol. 13(1). P. 100-104. (in Ukrainian)
Varbanets L.D., Zdorovenko G.M., Knirel Yu.A. Metody issledovaniya endotoksinov (Methods for the Study of Endotoxins), Kiev Naukova Dumka, 2006. 237 p. (in Russian).
Jia X., Meng Q., Zeng H., Wang W., Yin H.. Chitosan oligosaccharide induces resistance to Tobacco mosaic virus in Arabidopsis via the salicylic acid-mediated signalling pathway. Scientific Reports. 2016. Vol. 6. 26144. doi: 10.1038/srep26144.
Caarls L., Van der Does D., Hickman R., Van Verk W.J.M. C., Proietti S., Lorenzo O., Solano R., Pieterse C.M.J., Van Wees S.C.M. Assessing the role of ethylene response factor transcriptional repressors in salicylic acid-mediated suppression of jasmonic acid-responsive genes. Plant and Cell Physiology, 2017. Vol. 58(2). P.266-278. doi: 10.1093/pcp/pcw187
Caarls L., Pieterse C.M.J., Van Wees S.C.M. How salicylic acid takes transcriptional control over jasmonic acid signaling. Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. P. 170. doi: 10.3389/fpls.2015.00170
Naseem M., Kunz M., Dandekar T. Probing the Unknowns in cytokinin-mediated immune defense in Arabidopsis with systems Biology approaches. Bioinformatics and Biology Insights. 2014. Vol. 8. P. 35–44. doi: 10.4137/BBi.s13462
Thaler J.S., Humphrey P.T., Whiteman N.K. Evolution of jasmonate and salicylate signal crosstalk. Trends in Plant Science. 2012. Vol. 17(5). P. 260-270. doi: 10.1016/j.tplants.2012.02.010
Koornneef A., Pieterse C.M.J. Cross talk in defense signaling. Plant Physiology. 2008. Vol. 146. P. 839–840. doi: 10.1104/pp.107.112029
Loake G., Grant M. Salicylic acid in plant defence - the players and protagonists. Current Opinion in Plant Biology. 2007. 10. P. 466–472. DOI: 10.1016/j.pbi.2007.08.008
Spoel S.H., Koornneef A., Claessens S.M. C., Korzelius J.P., Van Pelt J.A., Mueller M.J., Buchala A.J., Métraux J.-P., Brown R., Kazan K., Van Loon L.C., Dong X., Pieterse C.M. J.. NPR1 modulates cross-talk between salicylate- and jasmonate-dependent defense pathways through a novel function in the cytosol. The Plant Cell. 2003. Vol. 15. P. 760–770. DOI: 10.1105/tpc.009159
Doares S., Syrovets T., Weiler E., Ryan C. Oligogalacturonides and chitosan activate plant defensive genes through the octadecanoid pathway. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. Vol. 92. P. 4095-4098. doi: 10.1073/pnas.92.10.4095
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
Shilina J.V., Guscha M.I., Dmitriev A.P., Kutlakhmedov Y.A., Molozhava O.S., Dombrovska I.V. The problem of microorganism pathogenicity modification at anthropogenic-changed ecosystems. Agroecological Journal. 2006. N 2. P. 62-66. (in Ukr.)
