Физиология растений, 2023, T. 70, № 5, стр. 451-460
Молекулярно-генетические основы устойчивости подсолнечника к заразихе
М. А. Лебедева a, *, М. С. Ганчева a, М. Р. Лосев a, А. А. Крутикова b, К. В. Племяшов c, Л. А. Лутова a
a Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии
Санкт-Петербург, Россия
b Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных
Санкт-Петербург, Россия
c Санкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медицины
Санкт-Петербург, Россия
* E-mail: m.a.lebedeva@spbu.ru
Поступила в редакцию 21.02.2023
После доработки 27.02.2023
Принята к публикации 28.02.2023
- EDN: WWJIVN
- DOI: 10.31857/S0015330323600158
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Аннотация
Заразиха кумская, или подсолнечная (Orobanche cumana Wallr.) является облигатным паразитическим растением, специфично поражающим подсолнечник и способным вызвать значительные потери его урожая. В связи с этим получение устойчивых к заразихе сортов подсолнечника представляет важную для сельского хозяйства задачу. Селекция подсолнечника на устойчивость к заразихе была начата еще в начале XX в. Важная заслуга в этом принадлежит советским селекционерам. Однако получение новых устойчивых сортов подсолнечника сопровождалось появлением новых вирулентных рас заразихи, которые преодолевали действие генов устойчивости. Для ряда генетических локусов подсолнечника, определяющих устойчивость к заразихе, было определено местоположение на генетической карте, но лишь для некоторых из них были установлены вероятные гены-кандидаты и описан возможный молекулярный механизм их действия. Кроме того, в недавнее время были получены транскриптомные данные для устойчивых и чувствительных к заразихе сортов подсолнечника, что также позволяет приблизиться к пониманию молекулярных основ формирования устойчивости. Рассмотрению молекулярно-генетических механизмов устойчивости подсолнечника к заразихе, выявленных на основании данных по картированию локусов устойчивости и определению вероятных генов-кандидатов, а также данных транскриптомных исследований, и посвящен наш обзор.
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Список литературы
Velasco L., Pérez-Vich B., Fernández-Martínez J.M. Research on resistance to sunflower broomrape: an integrated vision // OCL. 2016. https://doi.org/10.1051/ocl/2016002
Хатнянский В.И. История селекции подсолнечника в России на устойчивость к заразихе // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2020. Т. 3. С. 147. https://doi.org/10.25230/2412-608X-2020-3-183-147-156
Антонова Т.С., Стрельников Е.А., Гучетль С.З., Челюстникова Т.А. Разнообразие форм заразихи на подсолнечнике на юге России // Защита и карантин растений. 2014. Т. 11. С. 45.
Антонова Т.С., Арасланова Н.М., Саукова С.Л., Ивебор М.В. К вопросу о засоренности полей в регионах РФ семенами заразихи (Orobanche Cumana Wallr.) – облигатного паразита подсолнечника // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2022. Т. 4. С. 29. https://doi.org/10.31857/2500-2082/2022/4/29-32
Pérez-Vich B., Velasco L., Rich P.J., Ejeta G. Marker-assisted and physiology-based breeding for resistance to root parasitic Orobanchaceae // Parasitic Orobanchaceae / Eds. Joel D., Gressel J., Musselman L. Berlin, Heidelberg: Springer. 2013. P. 369. https://doi.org/10.1007/978-3-642-38146-1_21
Vranceanu A.V., Tudor V.A., Stoenescu F.M., Pirvu N. Virulence groups of Orobanche cumana Wallr.[root parasite], differential hosts and resistance sources and genes in sunflower // Proc. 9th Int. Sunflower Conf., Torremolinos, Malaga (Spain), 8–13 June 1980. Ministerio de Agricultura, Servicio de Publicaciones Agrarias, 1981.
Fernández-Martínez J.M., Pérez-Vich B., Velasco L. Sunflower Broomrape (Orobanche cumana Wallr.) // Sunflower / Eds. Martínez-Force E., Dunford N.T., Salas J.J. AOCS Press, 2015. P. 129. https://doi.org/10.1016/B978-1-893997-94-3.50011-8
Joel D.M., Chaudhuri S.K., Plakhine D., Ziadna H., Steffens J.C. Dehydrocostus lactone is exuded from sunflower roots and stimulates germination of the root parasite Orobanche cumana // Phytochemistry. 2011. V. 72. P. 624. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2011.01.037
Yoneyama K., Xie XiaoNan, Kisugi T., Nomura T., Sekimoto H., Yokota T., Yoneyama K. Characterization of strigolactones exuded by Asteraceae plants // Plant Growth Regul. 2011. V. 65. P. 495. https://doi.org/10.1007/s10725-011-9620-z
Bharti N., Tripathi S., Bhatla S.C. Photomodulation of strigolactone biosynthesis and accumulation during sunflower seedling growth // Plant Signal Behav. 2015. V. 10: e1049792. https://doi.org/10.1080/15592324.2015.1049792
Raupp F.M., Spring O. New Sesquiterpene Lactones from Sunflower Root Exudate as Germination Stimulants for Orobanche cumana // J. Agric. Food Chem. 2013. V. 61. P. 10481. https://doi.org/10.1021/jf402392e
Ueno K. Furumoto T., Umeda S., Mizutani M., Takikawa H., Batchvarova R., Sugimoto Y. Heliolactone, a non-sesquiterpene lactone germination stimulant for root parasitic weeds from sunflower // Phytochemistry. 2014. V. 108. P. 122. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2014.09.018
Thorogood C.J., Hiscock S.J. Compatibility interactions at the cellular level provide the basis for host specificity in the parasitic plant Orobanche // New Phytol. 2010. V. 186. P. 571. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2009.03173.x
Goyet V., Wada S., Cui S., Wakatake T., Shirasu K., Montiel G., Simier P., Yoshida S. Haustorium Inducing Factors for Parasitic Orobanchaceae // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. P. 1056. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01056
Fernández-Aparicio M., Masi M., Cimmino A., Evidente A. Effects of Benzoquinones on Radicles of Orobanche and Phelipanche Species // Plants. 2021. V. 10. P. 746. https://doi.org/10.3390/plants10040746
Rispail N., Dita M.A., González-Verdejo C., Pérez-de-Luque A., Castillejo M.A., Prats E., Román B., Jorrín J., Rubiales D. Plant resistance to parasitic plants: molecular approaches to an old foe // New Phytol. 2007. V. 173. P. 703. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01980.x
Rodríguez-Ojeda M.I., Fernández-Martínez J.M., Velasco L., Pérez-Vich B. Extent of cross-fertilization in Orobanche cumana Wallr. // Biol Plant. 2013. V. 57. P. 559. https://doi.org/10.1007/s10535-012-0301-1
Höniges A., Wegmann K., Ardelean A. Orobanche resistance in sunflower // Helia. 2008. V. 31. P. 1. https://doi.org/10.2298/HEL0849001H
Serghini K., Pérez de Luque A., Castejón-Muñoz M., García-Torres L., Jorrín J.V. Sunflower (Helianthus annuus L.) response to broomrape (Orobanche cernua Loefl.) parasitism: induced synthesis and excretion of 7-hydroxylated simple coumarins // J. Exp. Bot. 2001. V. 52. P. 2227. https://doi.org/10.1093/jexbot/52.364.2227
Antonova T.S., Terborg S.J. The role of peroxidase in the resistance of sunflower against Orobanche cumana in Russia // Weed Research. 1996. V. 36. P. 113. https://doi.org/10.1111/j.1365-3180.1996.tb01807.x
Echevarría-Zomeño S., Pérez-de-Luque A., Jorrín J., Maldonado A.M. Pre-haustorial resistance to broomrape (Orobanche cumana) in sunflower (Helianthus annuus): cytochemical studies // J. Exp. Bot. 2006. V. 57. P. 4189. https://doi.org/10.1093/jxb/erl195
Letousey P., de Zélicourt A., Vieira Dos Santos C., Thoiron S., Monteau F., Simier P., Thalouarn P., Delavault P. Molecular analysis of resistance mechanisms to Orobanche cumana in sunflower // Plant Pathol. 2007. V. 56. P. 536. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2007.01575.x
Бурлов В.В., Костюк С.В. Бурлов В.В., Костюк С.В. Наследование устойчивости к местной расе заразихи (Orobanche cumana Wallr.) у подсолнечника // Генетика. 1976. Т. 12. С. 44.
Погорлецкий Б.К., Гешеле Э.Э. Об иммунитете подсолнечника к заразихе // Генетика. 1975. Т. 11. С. 18.
Pacureanu-Joita M., Veronesi C., Raranciuc S., Stanciu D. Parasite-host plant interaction of Orobanche cumana Wallr. (Orobanche cernua Loefl) with Helianthus annuus // Proc. 16th Int. Sunflower Conf., Fargo, ND, USA, Aug. 29–Sept. 2. 2004. P. 171.
Velasco L., Perez-Vich B., Yassein A., Jan C., Fernandez-Martinez J.M. Inheritance of resistance to sunflower broomrape (Orobanche cumana Wallr.) in an interspecific cross between Helianthus annuus and Helianthus debilis subsp. tardiflorus // Plant Breeding. 2012. V. 131. P. 220. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2011.01915.x
Pacureanu-Joita M., Raranciuc S., Stanciu D., Sava E., Nastase D. Virulence and aggressiveness of sunflower broomrape (Orobanche cumana Wallr.) populations in Romania // HELIA. 2009. V. 32. P. 111. https://doi.org/10.2298/hel0951111p
Imerovski I., Dimitrijević A., Miladinović D., Dedić B., Jocić S., Kočiš Tubić N., Cvejić S. Mapping of a new gene for resistance to broomrape races higher than F // Euphytica. 2016. V. 209. P. 281. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1597-7
Akhtouch B., Muñoz-Ruz J., Melero-Vara J.M., Fernández-Martínez J.M., Domínguez J. Inheritance of resistance to race F of broomrape in sunflower lines of different origins // Plant Breeding. 2002. V. 121 (3). P. 266. https://doi.org/10.1046/j.1439-0523.2002.00701.x
Tang S., Heesacker A., Kishore V.K., Knapp S.J. Genetic Mapping of the Or5 gene for resistance to Orobanche race E in sunflower // Crop Sci. 2003. V. 43. P. 1021. https://doi.org/10.2135/cropsci2003.1021
Radwan O., Gandhi S., Heesacker A., Whitaker B., Taylor C., Plocik A., Kesseli R., Kozik A., Michelmore R.W., Knapp S.J. Genetic diversity and genomic distribution of homologs encoding NBS-LRR disease resistance proteins in sunflower // Mol. Genet. Genomics. 2008. V. 280. P. 111. https://doi.org/10.1007/s00438-008-0346-1
van Wersch S., Tian L., Hoy R., Li X. Plant NLRs: The Whistleblowers of Plant Immunity // Plant Communications. 2020. V. 1. P. 100016. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2019.100016
Imerovski I., Imerovski I., Dimitrijević A., Miladinović D., Dedić B., Jocić S., Kovačević B., Obreht D. Identification of PCR markers linked to different Or genes in sunflower // Plant Breeding. 2013. V. 132. P. 115. https://doi.org/10.1111/pbr.12022
Duriez P., Vautrin S., Auriac M.C., Bazerque J., Boniface M.C., Callot C., Carrère S., Cauet S., Chabaud M., Gentou F., Lopez-Sendon M., Paris C., Pegot-Espagnet P., Rousseaux J.C., et al. A receptor-like kinase enhances sunflower resistance to Orobanche cumana // Nat Plants. 2019. V. 5. P. 1211. https://doi.org/10.1038/s41477-019-0556-z
Pruitt R.N., Joe A., Zhang W., Feng W., Stewart V., Schwessinger B., Dinneny J. R., Ronald P. C. A microbially derived tyrosine-sulfated peptide mimics a plant peptide hormone // New Phytol. 2017. V. 215. P. 725. https://doi.org/10.1111/nph.14609
Shafikova T.N., Omelichkina Y.V. Molecular–genetic aspects of plant immunity to phytopathogenic bacteria and fungi // Rus. J. Plant Physiol. 2015. V. 62. P. 571-585. https://doi.org/10.1134/S1021443715050143
Hassan E.S.A.R.S., Hoeft E., Li Z., Tulsieram L. Genetic markers for Orobanche resistance in sunflower (US Patent Publication US/2008/0178325 A1). 2008.
Martín-Sanz A., Pérez-Vich B., Rueda S., Fernández-Martínez J.M., Velasco L. Characterization of post-haustorial resistance to sunflower broomrape // Crop Sci. 2020. V. 60. P. 1188. https://doi.org/10.1002/csc2.20002
Fernández-Aparicio M., Del Moral L., Muños S., Velasco L., Pérez-Vich B. Genetic and physiological characterization of sunflower resistance provided by the wild-derived OrDeb2 gene against highly virulent races of Orobanche cumana Wallr // Theor. Appl. Genet. 2022. V. 135. P. 501. https://doi.org/10.1007/s00122-021-03979-9
Louarn J., Boniface M.C., Pouilly N., Velasco L., Pérez-Vich B., Vincourt P., Muños S. Sunflower resistance to broomrape (Orobanche cumana) is controlled by specific QTLs for different parasitism stages // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 590. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00590
Li J., Timko M.P. Gene-for-gene resistance in Striga-cowpea associations // Science. 2009. V. 325. P. 1094. https://doi.org/10.1126/science.117475
Badouin H., Gouzy J., Grassa C.J., Murat F., Staton S.E., Cottret L., Lelandais-Brière C., Owens G.L., Carrère S., Mayjonade B., Legrand L., Gill N., Kane N.C., Bowers J.E., et al. The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution // Nature. 2017. V. 546. P. 148. https://doi.org/10.1038/nature22380
Calderón-González Á., Pérez-Vich B., Pouilly N., Boniface M.C., Louarn J., Velasco L., Muños S. Association mapping for broomrape resistance in sunflower // Front. Plant Sci. 2023. V. 13. P. 1056231. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1056231
Imerovski I., Dedić B., Cvejić S., Miladinović D., Jocić S., Owens G.L., Kočiš Tubić N., Rieseberg L.H. BSA-seq mapping reveals major QTL for broomrape resistance in four sunflower lines // Mol. Breeding. 2019. V. 39. P. 41. https://doi.org/10.1007/s11032-019-0948-9
Akhtouch B., Akhtouch B., del Moral L., Leon A., Velasco L., Fernández-Martínez J.M., Pérez-Vich B. Genetic study of recessive broomrape resistance in sunflower // Euphytica. 2016. V. 209. P. 419. https://doi.org/10.1007/s10681-016-1652-z
Sisou D., Tadmor Y., Plakhine D., Ziadna H., Hübner S., Eizenberg H. Biological and transcriptomic characterization of pre-haustorial resistance to sunflower broomrape (Orobanche cumana W.) in sunflowers (Helianthus annuus) // Plants. 2021. V. 10. P. 1810. https://doi.org/10.3390/plants10091810
McGrath K.C., Dombrecht B., Manners J.M., Schenk P.M., Edgar C.I., Maclean D.J., Scheible W.R., Udvardi M.K., Kazan K. Repressor- and activator-type ethylene response factors functioning in jasmonate signaling and disease resistance identified via a genome-wide screen of Arabidopsis transcription factor gene expression // Plant Physiol. 2005. V. 139. P. 949. https://doi.org/10.1104/pp.105.068544
Huang Q., Lei Z., Xiang L., Zhang W., Zhang L., Gao Y. Transcriptomic analysis of sunflower (Helianthus annuus) roots resistance to Orobanche cumana at the seedling stage // Horticulturae. 2022. V. 8. P. 701. https://doi.org/10.3390/horticulturae8080701
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Физиология растений