1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Микология и фитопатология
  4. T. 57, № 3, 2023

Микология и фитопатология, 2023, T. 57, № 3, стр. 210-220

Сравнительный анализ метаболитов CAD-IM генотипов яровой мягкой пшеницы в условиях заражения возбудителем бурой ржавчины

А. А. Коновалов 1, *, Е. А. Орлова 2, **, Е. В. Карпова 3, ***, И. К. Шундрина 3, ****, А. А. Нефедов 3, *****, Н. П. Гончаров 1, ******

1 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН
630090 Новосибирск, Россия

2 Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции – филиал ИЦиГ СО РАН
630501 Новосибирская обл., пос. Краснообск, Россия

3 Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения РАН
630090 Новосибирск, Россия

* E-mail: konov@bionet.nsc.ru
** E-mail: orlova.lena10@yandex.ru
*** E-mail: karpovae@nioch.nsc.ru
**** E-mail: ishund@nioch.nsc.ru
***** E-mail: nefyodov@nioch.nsc.ru
****** E-mail: gonch@bionet.nsc.ru

Поступила в редакцию 27.05.2022
После доработки 06.10.2022
Принята к публикации 07.11.2022

Аннотация

Определение роли конкретных генов и их продуктов в устойчивости растений к стрессовым факторам, в том числе и биотической природы, является актуальной задачей фитопатологии и дает дополнительную информацию для практического использования. У яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum изучали генотипы CADim (Cinnamyl alcohol dehydrogenase, дегидрогеназа коричного спирта; КФ 1.1.1.195), влияющие на устойчивость к бурой ржавчине. Устойчивый и восприимчивый генотипы выращивали на инфекционном фоне и при его отсутствии. Ткани растений изучали по ряду показателей, в том числе по содержанию фенилпропаноидных метаболитов, а также стеринов и сапонинов. По фенилпропаноидам наблюдается увеличение относительного содержания ряда метаболитов под действием инфекции, особенно кониферилацетата и синапового альдегида. Обнаружено уменьшение относительного содержания некоторых стеринов у устойчивого генотипа CADim+ под влиянием инфекции. Предполагается, что у устойчивого генотипа CADim+ под влиянием инфекции происходит переключение ацетатно-мевалонатного пути метаболизма с синтеза стеринов на синтез защитных веществ – фитоалексинов.

Ключевые слова: грибная инфекция, дегидрогеназа коричного спирта, пшеница, сапонины, стерины, химический состав тканей, фенилпропаноиды

Список литературы

  1. Barber M.S., McConnell V.S. et al. Antimicrobial intermediates of the general phenylpropanoid and lignin specific pathways. Phytochemistry. 2000. V. 54 (1). P. 53–56. https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)00038-8

  2. Chemical Tissue Indices in the Spring Bread Wheat Triticum aestivum L. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2021a. V. 57 (4). P. 402–414 (in Russ.). https://doi.org/10.1134/S0003683821040086

  3. Dadali V.A., Tutelyan V.A. Phytosterins – biological activity and prospects for practical application. Uspekhi sovremennoi biologi. 2007. V. 127 (5). P. 458–470 (in Russ.).

  4. Dyakov Yu.T., Ozeretskovskaya O.L., Javakhia V.G. et al. General and molecular phytopathology. Society of Phytopathologists, Moscow, 2001 (in Russ.).

  5. Efroimson V.P. Immunogenetics. Medicine, Moscow, 1971 (in Russ.).

  6. Frolova T.S., Cherenko V.A., Sinitsyna O.I. et al. Genetic aspects of potato resistance to phytophthorosis. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2021. V. 25 (2). P. 164–170 (in Russ.). https://doi.org/10.18699/VJ21.020

  7. Gunnaiah R., Kushalappa A.C., Duggavathi R. et al. Integratedmetabolo-proteomic approach to decipher the mechanisms by which wheat QTL (Fhb1) Contributes to resistance against Fusarium graminearum. PLOS One 2012. V. 7. P. e40695. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040695

  8. Gupt S.K., Chand R., Mishra V.K. et al. Spot blotch disease of wheat as influenced by foliar trichome and stomata density. J. Agric. Food Res. 2021. V. 6. P. 100227. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2021.100227

  9. Hart G.E. Genetic control of NADH dehydrogenase-1 and aromatic alcohol dehydrogenase-2 in hexaploid wheat. Biochem Genet. 1987. V. 25 (11–12). P. 837–846.

  10. Ivanova Yu.N., Rosenfread K.K., Stasyuk A.I. et al. Raise and characterization of a bread wheat hybrid line (Tulaykovskaya 10 × Saratovskaya 29) with chromosome 6Agi2 introgressed from Thinopyrum intermedium. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2021. V. 25 (7). P. 701–712 (in Russ.). https://doi.org/10.18699/VJ21.080

  11. Jaaska V. NADP-dependent aromatic alcohol dehydrogenase in polyploid wheats and their relatives. On the origin and phylogeny of polyploid wheats. Theor. Appl. Genet. 1978. V. 53 (3). P. 209–217.

  12. Karpova E.V., Shundrina I.K., Orlova E.A. et al. Aromatic and mineral substances in the tissues of the samples of spring common wheat Triticum aestivum L., differing in resistance to brown rust (pathogen Puccinia triticina Erikss.) Khimiya rastitelnogo syrya. 2019. V. 4. P. 87–95 (in Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2019045238

  13. Konovalov A.A., Shundrina I.K., Karpova E.V. Polymorphism of lignification enzymes at plants: functional value and applied aspects. Uspekhi sovremennoy biologii. 2015. V. 135 (5). P. 496–513 (in Russ.).

  14. Konovalov A.A., Shundrina I.K., Karpova E.V. et al. Influence of a lignification and mineralization of leaf tissues on resistance to a brown rust in common wheat plants. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2017. V. 21 (6). P. 686–693 (in Russ.). https://doi.org/10.18699/VJ17.286

  15. Konovalov A.A., Orlova E.A., Karpova E.V. et al. Effect of polymorphic variants of CAD (EC 1.1.1.195) on wheat resistance to fungal infections. Gene pool and plant selection. V International Conference. 11–13 November 2020 Reports and communications. Novosibirsk, 2020. P. 147–150 (in Russ.). https://doi.org/10.18699/GPB2020-00

  16. Konovalov A.A., Karpova E.V., Shundrina I.K. et al. Effect of allelic variants of aromatic alcohol dehydrogenase CAD im on micromorphological and chemical parameters of tissues in spring common wheat Triticum aestivum L. Appl. Biochem. Microbiol. 2021a. V. 57 (4). P. 402–414. https://doi.org/10.31857/S0555109921040085

  17. Konovalov A.A., Orlova E.A., Nemtsev B.F. et al. Effect of leaf pubescence and direction of crossbreeding on spring bread wheat resistance to powdery mildew and brown rust. Pisma v Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2021b. V. 7 (3). 130–137 (in Russ.). https://doi.org/10.18699/LettersVJ2021-7-15

  18. Metlitsky L.V., Ozeretskovskaya O.L., Vasyukova N.I. Phyto-sterins and their role in the relationship of plants with parasitic fungi (using the example of fungi of the Pythiaceae family). Uspekhi sovremennoy biologii. 1980. V. 89 (1). P. 28–41 (in Russ.).

  19. Metlitsky L.V., Ozeretskovskaya O.L. How plants protect themselves from diseases. Nauka, Moscow, 1985 (in Russ.).

  20. Mitchell H.J., Hall J.L., Barber M.S. Elicitor-induced cinnamyl alcohol dehydrogenase activity in lignifying wheat (Triticum aestivum L.) leaves. Plant Physiol. 1994. V. 104 (2). P. 551–556.

  21. Morrissey J.P., Osbourn A.E. Fungal resistance to plant antibiotics as a mechanism of pathogenesis. Microbiology and molecular biology reviews. 1999. V. 63 (3). P. 708–724.

  22. Mosquera T., Alvarez M.F., Jiménez-Gómez J.M. et al. Targeted and untargeted approaches unravel novel candidate genes and diagnostic SNPs for quantitative resistance of the potato (Solanum tuberosum L.) to Phytophthora infestans causing the late blight disease. PLOS One. 2016. V. 11(6). P. e0156254. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0156254

  23. Novakovskiy R.O., Povkhova L.V., Krasnov G.S. et al. The cinnamyl alcohol dehydrogenase gene family is involved in the response to Fusarium oxysporum in resistant and susceptible flax genotypes. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2019. V. 23 (7). P. 896–901. https://doi.org/10.18699/VJ19.564

  24. Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P., Akim G.L. et al. Practical work on the chemistry of wood and cellulose. Lesnaya Promyshlennost, Moscow, 1965 (in Russ.).

  25. Pane C., Caputo M., Francese G. et al. Managing Rhizoctonia damping-off of rocket (Eruca sativa) seedlings by drench application of bioactive potato leaf phytochemical extracts. Biology (Basel). 2020. V. 9 (9). P. 270. https:// doi.org/https://doi.org/10.3390/biology9090270

  26. Pavlovskaya N.E., Solokhina I.Yu., Gneusheva I.A. Study of triterpene saponins obtained from the roots of Aventa sayiva sowing oats. Vestnik Orlovskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. № 2. P. 48–50 (in Russ.).

  27. Pillonel C., Hunziker P., Binder A. Multiple forms of the constitutive wheat cinnamyl alcohol dehydrogenase. J. Exp. Bot. 1992. V. 43 (248). P. 299–305.

  28. Rong W., Luo M., Shan T. et al. A wheat cinnamyl alcohol dehydrogenase TaCAD12 contributes to host resistance to the sharp eyespot disease. Front. Plant. Sci. 2016. V. 7. Arti. 1723. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01723

  29. Rubin B.A., Artsikhovskaya E.V., Aksenova V.A. Biochemistry and physiology of plant immunity. Ed. 3rd, reworked and additional Vysshaya Shkola, Moscow, 1975 (in Russ.).

  30. Sibikeev S.N., Druzhin A.E., Badaeva E.D. et al. Comparative Analysis of Agropyron intermedium (Host) Beauv 6Agi and 6Agi2 chromosomes in bread wheat cultivars and lines with wheat–wheatgrass substitutions. Russian Journal of Genetics. 2017. V. 53 (3). P. 314–324 (in Russ.). https://doi.org/10.7868/S0016675817030110

  31. Somssich I.E., Wernert P., Kiedrowski S. et al. Arabidopsis thaliana defense-related protein ELI3 is an aromatic alcohol:NADP+ oxidoreductase. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 14199–14203. https://doi.org/10.1073/pnas.93.24.14199

  32. Tarabanko V.E., Tarabanko N.V. Catalytic oxidation of lignins into the aromatic aldehydes: General process trends and development prospects. Int. J. Mol. Sci. 2017. V. 18 (11). P. 2421. https://doi.org/10.3390/ijms18112421

  33. Tronchet M., Balagué C., Kroj T. et al. Cinnamyl alcohol dehydrogenases-C and D, key enzymes in lignin biosynthesis, play an essential role in disease resistance in Arabidopsis. Molec. Plant Pathol. 2010. V. 11. P. 83–92. https://doi.org/10.1111/J.1364-3703.2009.00578.X

  34. Ube N., Harada D., Katsuyama Y. et al. Identification of phenylamide phytoalexins and characterization of inducible phenylamide metabolism in wheat. Phytochemistry. 2019. V. 167. 112098. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2019.112098

  35. Vasyukova N.I., Davydova N.A., Ozeretskovskaya O.L. et al. The nutrient-inhibiting hypothesis of phytoimmunity on the example of mutual relations between potatoes and the fungus Phytophthora infestans (Mont.) De By. Mikologiya i fitopatologiya. 1977a. V. 11 (6). P. 480–487 (in Russ.).

  36. Vasyukova N.I., Davydova N.A., Shcherbakova L.A. et al. Phytosterins as a factor protecting the pathogen of potato blight from the action of phytoalexins. Doklady Akademii nauk USSR. 1977b. V. 235 (1). P. 216–219 (in Russ.).

  37. Васюкова Н.И., Давыдова Н.А., Озерецковская О.Л. и др. (Vasyukova et al.) Питательно-тормозящая гипотеза фитоиммунитета на примере взаимоотнощений картофеля и гриба Phytophthora infestans (Mont.) de By // Микология и фитопатология. 1977. Т. 11. № 6. С. 480–487.

  38. Васюкова Н.И., Давыдова Н.А., Щербакова Л.А. и др. (Vasyukova et al.) Фитостерины как фактор, предохраняющий возбудитель фитофтороза картофеля от действия фитоалексинов // ДАН СССР. 1977. Т. 235. № 1. С. 216–219.

  39. Дадали В.А., Тутельян В.А. (Dadali, Tutelyan) Фитостерины – биологическая активность и перспективы практического применения // Успехи современной биологии. 2007. Т. 127. № 5. С. 458–470.

  40. Дьяков Ю.Т., Озерецковская O.Л., Джавахия В.Г. и др. (Dyakov et al.) Общая и молекулярная фитопатология. М.: Из-во Общество фитопатологов, 2001. 302 с.

  41. Иванова Ю.Н., Розенфрид К.К., Стасюк А.И. и др. (Ivanova et al.) Получение и характеристика линии мягкой пшеницы (Тулайковская 10 × Саратовская 29) с интрогрессией хромосомы пырея Thinopyrum intermedium 6Agi2 // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021. Т. 25. № 7. С. 701–712.

  42. Карпова Е.В., Шадрина И.К., Орлова Е.А. и др. (Karpova et al.) Ароматические и минеральные вещества в тканях образцов яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L., различающихся по устойчивости к бурой ржавчине (возбудитель Puccinia triticina Erikss.) // Химия растительного сырья. 2019. № 4. С. 87–95.

  43. Коновалов А.А., Шундрина И.К., Карпова Е.В. (Konovalov et al.) Полиморфизм ферментов лигнификации у растений: функциональное значение и прикладные аспекты // Успехи современной биологии. 2015. Т. 135. № 5. С. 496–513.

  44. Коновалов А.А., Шундрина И.К., Карпова Е.В. (Konovalov et al.) Влияние лигнификации и минерализации тканей листа на устойчивость к бурой ржавчине растений мягкой пшеницы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017. Т. 21. № 6. С. 686–693.

  45. Коновалов А.А., Карпова Е.В., Шундрина И.К. (Konovalov et al.) Влияние аллельных вариантов ароматической алкогольдегидрогеназы CAD im на микроморфологические и химические показатели тканей у яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L. // Прикладная биохимия и микробиология. 2021. Т. 57. № 4. С. 402–414.

  46. Коновалов А.А., Орлова Е.А., Карпова Е.В. и др. (Konovalov et al.) Влияние полиморфных вариантов CAD (EC 1.1.1.195) на устойчивость пшеницы к грибным инфекциям // Генофонд и селекция растений. V международная конференция. 11–13 ноября 2020 г. Доклады и сообщения. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 2020. С. 147–150.

  47. Коновалов А.А., Орлова Е.А., Немцев Б.Ф. и др. (Konovalov et al.) Влияние опушения листьев и направления скрещиваний на устойчивость яровой мягкой пшеницы к мучнистой росе и бурой ржавчине // Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021. Т. 7. № 3. С. 130–137.

  48. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. (Metlitskiy, Oze-retskovskaya) Как растения защищаются от болезней. М.: Наука, 1985. 189 с.

  49. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. и др. (Metlitskiy et al.) Фитостерины и их роль во взаимоотношениях растений с паразитарными грибами (на примере грибов семейства Pythiaceae) // Успехи современной биологии. 1980. Т. 89. Вып. 1. С. 28–41.

  50. Методы оценки и отбора исходного материала при создании сортов пшеницы устойчивых к бурой ржавчине: монография (Methods) М.: ООО “РС дизайн”, 2012. 93 с.

  51. Павловская Н.Е., Солохина И.Ю., Гнеушева И.А. (Pavlovskaya et al.) Исследование тритерпеновых сапонинов, полученных из корней овса посевного Aventa sativa // Вестник ОрлГАУ. 2012. № 2. С. 48–50.

  52. Рубин Б.А., Арциховская Е.В., Аксенова В.А. (Rubin et al.) Биохимия и физиология иммунитета растений. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1975. 320 с.

  53. Сибикеев С.Н., Бадаева Е.Д., Гультяева Е.И. и др. (Sibikeev et al.) Сравнительный анализ 6Agi и 6Agi2 хромосом Agropyron intermedium (Host) Beauv у сортов и линий мягкой пшеницы с пшенично-пырейными замещениями // Генетика. 2017. Т. 53. № 3. С. 298–309.

  54. Фролова Т.С., Черенко В.А., Синицына О.И. и др. (Frolova et al.) Генетические аспекты устойчивости картофеля к фитофторозу // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021. Т. 25. № 2. С. 164–170.

  55. Эфроимсон В.П. (Efroimson) Иммуногенетика. М.: Медицина, 1971. 336 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Микология и фитопатология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал