Антагонистические взаимодействия патогенного гриба и растения в инфекционной капле, связанные с активацией кислорода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.05, кандидат биологических наук Захаренкова, Татьяна Сергеевна

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Захаренкова, Татьяна Сергеевна

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Антагонистические взаимодействия хозяин-патоген.

1.1.1. Прорастание спор и его подавлйие.

1.1.2. Проникновение в ткани растения.

1.1.3. Функции литических ферментов патогена и их ингибирование.

1.1.4. Фитотоксические вещества грибов и грибоподобных микроорганизмов

1.1.5. Фунгитоксические вещества растения.

1.1.6. Влияние условий среды на взаимодействия растения и патогена.

1.2. Роль элиситоров во взаимодействии хозяин-патоген.

1.2.1. Общие представления об элиситорах.

1.2.2. Элиситоры патогенных грибов и грибоподобных микроорганизмов.

1.2.3. Растительные элиситоры.

1.2.4. Трансдукция элиситорного сигнала.

1.3. АФК во взаимодействиях хозяин-патоген.

1.3.1. Общие представления об АФК.

1.3.2. АФК растений в связи с болезнеустойчивостью.

1.3.3. АФК грибов и патогенность.

1.4. Антиокислители во взаимодействиях хозяин-патоген.

1.4.1. Общая характеристика антиокислителей.

1.4.2. Защита растений от окислительного стресса.

1.4.3. Антиокислители растений при инфекционных болезнях.

1.4.4. Антиокислители грибов при инфекционных болезнях.

1.4.5. Супероксиддисмутаза и каталаза.

Глава 2. Материалы и методы исследований.

2.1.1. Растительный материал.

2.1.2. Грибной материал.

2.2.1. Предобработка растений огурца водой, их инокуляция и оценка симптомов болезни.

2.2.2. Предобработка растений риса водой, их инокуляция и оценка симптомов болезни.

2.2.3. Получение диффузатов листьев риса и анализ в них АФК.

2.2.4. Оценка фунгитоксичности диффузатов листьев.

2.2.5. Получение диффузатов спор М. grísea и предобработка ими растений.

2.2.6. Диализ и ультрафильтрация диффузатов.

2.2.7.Оценка прорастания спор С. cucumerinum, фунгитоксичности их диффузатов и анализ 02" в диффузатах.

2.2.8. Оценка влияния листьев риса на способность экзогенных антиоксидантов ослаблять фунгитоксичность диффузатов листьев.

2.2.9. Оценка влияния листьев риса на способность экзогенной СОД ослаблять фунгитоксичность рибофлавин-метиониновой системы.

2.2.10. Определение общего белка по методу Бредфорда.

2.2.11. Оценка химической активности СОД.

2.2.12. Получение диффузатов каллусов риса и оценка их фунгитоксичности

2.2.13. Оценка химической активности каталазы.

2.2.14. Статистическая обработка данных.

Глава 3. Влияние длительного увлажнения листьев на устойчивость к последующему заражению.

3.1. Влияние длительного увлажнения листьев огурца на его устойчивость к оливковой пятнистости.

3.2. Влияние предобработки водой на визуальные симптомы пирикуляриоза риса

3.3. Влияние предобработки водой на образование АФК в диффузатах листьев риса и их фунгитоксичность.

Глава 4. Влияние АФК на выход растворимых элиситоров из спор гриба.

4.1. Визуальные эффекты обработки листьев диффузатами грибных спор.

4.2. Влияние диффузатов спор на образование супсроксидного радикала в диффузатах листьев.

4.3. Изучение природы предполагаемого элиситора

4.4. Оценка влияния эндогенных АФК прорастающих спор на их элиситорную активность.

Глава 5. Изменение свойств чужеродных антиокислительных ферментов при контакте с листом.

5.1. Фунгитоксичность диффузатов листьев и влияние СОД на это свойство в зависимости от ее контакта с листьями.

5.2. Свойства молекулы СОД, индуцирующие выход предполагаемого ингибитора.

5.3. Изучение природы предполагаемого ингибитора.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физиология и биохимия растений», 03.01.05 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Антагонистические взаимодействия патогенного гриба и растения в инфекционной капле, связанные с активацией кислорода»

Антагонистические взаимодействия растения с возбудителями болезней надземной части начинаются на его поверхности в инфекционной капле, то есть капле воды, содержащей инфекционное начало. Эта стадия заражения во многом определяет его дальнейшее течение и исход. Здесь микроорганизмы вступают в разнообразные отношения между собой и с растением-хозяином, в том числе и в биохимические, в которых важную роль играют противостоящие друг другу активные формы кислорода (АФК) и антиоксиданты., АФК растений при их избыточной продукции, называемой окислительным взрывом, являются частью механизма болезнеустойчивости. С одной стороны, они непосредственно токсичны для микроорганизмов, с другой - участвуют в иных защитных реакциях, в частности как сигнальные молекулы. Перечисленные факты общеизвестны и подтверждены множеством примеров. Однако некоторые аспекты взаимоотношений партнеров в инфекционной капле, в том числе, связанные с АФК и антиоксидантами, заслуживают более подробного изучения.

Это, например, влияние самой воды инфекционной капли на взаимоотношения растений с патогенами. Хорошо известно, что капельно-жидкая влага необходима для заражения надземной части растений большинством инфекционных болезней (Tapp, 1975), поэтому избыточное увлажнение способствует их распространению. Однако не исключено, что растения при частом поверхностном увлажнении могут адаптироваться, становясь, напротив, более устойчивыми. В литературе есть лишь косвенные указания на такую возможность. Например, что мучнистые росы более распространены и вредоносны на сухих территориях (Agrios, 1988). Если устойчивость, индуцированная водой, действительно, существует, то представляет интерес ее механизм, в том числе, участие в нем АФК.

Противоинфекционная роль АФК опосредована, в частности, элиситорами, индуцирующими окислительный взрыв и другие защитные реакции. Возможна и противоположная ситуация, когда АФК хозяина индуцируют выделение элисито-ров паразитом. Эта способность согласно гипотезе «двойной индукции» (Метлиц-кий и др., 1973) может быть проявлением болезнеустойчивости, поскольку диффундирующие элиситоры, по-видимому, раньше, чем связанные, индуцируют защитные реакции. Ранее показано, что споры гриба Magnaporthe grísea, возбудителя пирикуляриоза риса, под действием экзогенной перекиси водорода выделяют вещества, индуцирующие противоинфекционные реакции каллусов риса устойчивого сорта (Лапикова и др., 2000). Представляло интерес выяснить, происходит ли это с интактными растениями и как связано с их болезнеустойчивостью. Кроме того, поскольку споры и сами образуют АФК (Aver'yanov et al., 2007), следовало выяснить, как это явление влияет на выделение споровых элиситоров.

Антиоксиданты патогенных микроорганизмов, снижая концентрацию АФК, ослабляют АФК-зависимые защитные реакции растений и потому являются факторами патогенности (Аверьянов и др., 1981). Со своей стороны растения способны ингибировать некоторые другие факторы патогенности, например, литические ферменты (Дьяков и др., 2001). Не исключено, что такой антагонизм затрагивает и чужеродные антиоксиданты. Действительно, супероксиддисмутаза (СОД) после контакта с листьями риса перестает ослаблять супероксидзависимую фунгитоксич-ность их диффузатов, по-видимому, за счет выделения ингибитора СОД из листьев (Аверьянов, Лапикова, 1989). Возможный механизм этого явления следовало изучить.

В диссертации рассмотрены механизмы болезнеустойчивости, связанные с АФК, антиокислителями и элиситорами, взаимодействующие в инфекционной капле.

Объектами исследования были две патосистемы: пирикуляриоз риса, вызываемый грибом М. grísea, и оливковая пятнистость огурца, вызываемая грибом Cladosporium cucumerinum. Пирикуляриоз риса является сравнительно простой и широко используемой моделью инфекционных болезней. К тому же, рис одна из важнейших сельскохозяйственных культур, а пирикуляриоз - его самая вредоносная болезнь. Огурец - один из классических объектов для изучения системной индуцированной устойчивости. Следовательно, работа проведена на однодольном и двудольном растениях.

Цели и задачи исследований

Целью работы было выяснение роли активных форм кислорода, антиокислительных ферментов и элиситоров на ранней стадии взаимодействия растений и патогенных грибов, а именно в инфекционной капле в связи с болезнеустойчивостью. В задачи работы входило:

1. Оценка влияния длительного поверхностного увлажнения листьев па локальную и системную болезнеустойчивость растений. Выяснение возможного участия АФК в этом явлении;

2. Выяснение возможности выделения элиситоров из грибных спор под действием АФК, добавленных извне или образованных самими спорами;

3. Исследование возможного влияния растений на чужеродные антиок-сиданты в связи с болезнеустойчивостью.

Научная новизна исследований

1. Впервые описана болезнеустойчивость растений, двудольного (огурец) и однодольного (рис), индуцированная длительным поверхностным увлажнением их надземной части до заражения. В первом случае устойчивость проявлялась и локально, и системно, а во втором - только локально. На рисе возникновению устойчивости предшествовало и могло быть ее причиной увеличение образования супероксидного радикала (0