Novel Hybrid Modulators of Plant Immune Responses Based on Chitosan and Bioactive Anti-Oxidants and Pro-Oxidants

Abstract

При инфицировании растений патогенами происходит смещение равновесия между окислительными процессами и антиоксидантной активностью в сторону усиления образования активных форм кислорода (АФК), что влияет на ход развития болезни и по-разному проявляется у фитопатосистем, различающихся по типу паразитизма. В ряде случаев для защиты растений от патогенов необходима генерация АФК (биотрофы), тогда как в других (некротрофы) -наоборот, требуется присутствие антиоксидантов. Влияя определенным образом на индукцию АФК и антиоксидантов, можно регулировать восприимчивость и устойчивость растений к патогенам разной трофности. Нами впервые созданы инновационные гибридные иммуномодуляторы (Хит-Ван+СК), в структуре которых имеются фрагменты биологически активных веществ, обладающих антиоксидантным и прооксидантным действием. Основой таких систем служит хитозан (Хит), содержащий ковалентно присоединенный ванилин (Хит-Ван), который понижает количество АФК за счет стимулирования клеточной антиоксидантной активности (антиоксидантное действие), и связанную лабильной ионной связью салициловую кислоту (СК), наоборот, генерирующую АФК (прооксидантное действие). Изучено действие созданных систем при формировании иммунного ответа растениями-хозяевами (Triticum aestivum L.) при заражении патогенами с разным типом питания: гемибиотрофом Cochliobolus sativus Drechs (темно-бурая пятнистость) и биотрофом Puccinia recondita Roberge ex Desmaz f. sp. tritici (бурая ржавчина). Показано, что хитозан, содержащий ионносвязанную СК (Хит+СК), повышает устойчивость пшеницы к биотрофу P. recondita и гемибиотрофу C. sativus, тогда как (Хит-Ван) эффективно индуцирует устойчивость только к гемибиотрофу C. sativus. Эффективность (Хит+СК) как индуктора устойчивости в 1,2-2,0 раза превышает индуцирующее действие хитозана. Установлено, что по отношению как к биотрофу, так и к гемибиотрофу гибридные иммуномодуляторы (Хит-Ван+СК) при молярном соотношении ванилина и салициловой кислоты в диапазоне 1:1-1:2 демонстрируют высокую иммуномодулирующую активность независимо от величины молекулярной массы хитозана, что выражается в снижении площади поражения листьев темно-бурой пятнистостью и бурой ржавчиной более, чем в 10 раз по сравнению с контролем. Биологическая эффективность гибридной системы как иммуномодулятора коррелирует с содержанием в ней СК, что подтверждает участие сигнальной салицилатной системы в индукции иммунитета. Установлено, что важную роль в проявлении индуцированной устойчивости гибридными иммуномодуляторами играют антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза и пероксидаза), регулирующие соотношение между окислительными процессами и антиоксидантной активностью. Результаты изучения влияния созданных гибридных систем на основе хитозана (Хит-Ван+СК) на активность антиоксидантных ферментов в системе пшеница-C. sativus показали, что повышение устойчивости растений к патогенам реализуется через контроль интенсивности окислительно-восстановительных процессов в растениях, который обусловлен присутствием в структуре гибридных иммуномодуляторов оп...

MICROBIAL PROTEINS AS ELICITORS OF PLANT RESISTANCE TO PATHOGENS AND THEIR POTENTIAL FOR ECO-FRIENDLY CROP PROTECTION IN SUSTAINABLE AGRICULTURE (review)

“…Полученные данные свидетельствуют о перспективности применения индуцирующих устойчивость белков в качестве новых средств биоконтроля. В связи с этим в российских научных журналах все чаще появляются публикации, связанных с ИУ растений к болезням и абиотическим стрессам (36)(37)(38). При этом в качестве индукторов, на основе которых создаются защитные препараты, рассматриваются соединения небелковой природы, главным образом хитозан, синтетические аналоги и производные сигнальных молекул растений -салицилата (SA) и жасмоната (JA), а также соединения, воспроизводящие их действие.…”