Экспрессия защитных белков в растениях томата, зараженных галловой нематодой, в ответ на обработку жасмоновой кислотой

ЭКСПРЕССИЯ ЗАЩИТНЫХ БЕЛКОВ В РАСТЕНИЯХ ТОМАТА, ЗАРАЖЕННЫХ ГАЛЛОВОЙ НЕМАТОДОЙ, В ОТВЕТ НА ОБРАБОТКУ ЖАСМОНОВОЙ КИСЛОТОЙ

Удалова Ж.В. *, Ревина Т.А. **, Герасимова Н. Г.**,

Иевлева Е.В. **, Зиновьева С.В. *

* Центр паразитологии ИПЭЭ РАН ** Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН

Род Meloidogyne sp. является одним из патогенных для большинства возделываемых культур, однако наибольший ущерб наносит M. incognita, -примерно 66% от всех потерь, вызываемых этими нематодами [1]. Индуцирование естественных механизмов защиты растений остается одним из актуальных способов защиты от патогенов. Известно, что в растениях индуцируются или конституционно присутствуют низкомолекулярные белки -ингибиторы протеиназ (ИП). Полагают, что их основное назначение защита растений от вредителей. Хотя в растениях они также ответственны за регуляцию собственных белков и являются запасными белками [2]. Отмечено, что индуцируемые ингибиторы обладают более высокой активностью по отношению к питающимся на растениях насекомым. В настоящее время роль и механизм действия большинства ИП детально изучены и выделены соответствующие им гены. Поскольку ИП способны эффективно подавлять развитие целого ряда наиболее патогенных организмов, созданы растения с трансформированным геномом, экспрессирующие в ответ на внедрение нематоды ИП, и таким образом приобретающие устойчивость к паразиту. Подобные исследования в области создания генномодифицированных растений с экспрессией ИП с успехом проводятся почти 20 лет в основном для защиты от насекомых [1] . Наибольший защитный эффект наблюдался у трансгенных растений, содержащих одновременно ген ингибитора цистеиновых протеиназ и ген ингибитора сериновых протеиназ.

В ответ на повреждение или проникновение патогена в ткани томата активируются сигнальные пути, в результате синтезируется более 15 системных защитных белков (systemic wound-response proteins). Два гена кодируют ИП (Inh I и II). В многочисленных работах показано, что жасмонатный путь играет существенную роль в защитных ответах, индуцированных поранением любого генеза. В растениях томата основным индуктором целого ряда системных защитных белков является пептид системин, а жасмоновая кислота (ЖК) осуществляет контроль за биосинтезом системина. Таким образом, поранение и системин активируют экспрессию ИП через общий сигнальный путь, который требует наличия ЖК [3].

В настоящей работе представлены данные о возможности индуцирования резистентности томатов к галловой нематоде с помощью обработки растений ЖК и проанализированы изменения в активности защитных белков - ингибиторов трипсина и химотрепсина.

384

Материалы и методы. Растения томатов восприимчивого к M. incognita гибрида F1 Гамаюн выращивали и заражали нематодой по стандартной методике [4]. Семена томатов перед высадкой в грунт были замочены в растворе ЖК. Повторная обработка уже вегетирующих растений проводилась перед заражением. Активность ингибиторов в листьях и корнях оценивали через 14 дней после заражения по степени подавления активности соответствующих ферментов (трипсина и химотрипсина) и по скорости гидролиза хромогенных субстратов. Активность ферментов выражали в ингибиторных единицах (и.ед.), за единицу которой принимали такое количество белка-ингибитора, которое вызывает снижение оптической плотности опытного раствора (определение остаточной активности трипсина) на 0.1 при длине волны 410 нм. Значение удельной ингибиторной активности выражали в расчете на мг содержащегося в экстракте белка. Величину общей ингибиторной активности рассчитывали, умножая удельную активность на количество белка, содержащегося в растворе. Через 24 дня после заражения провели анализ состояния растений и оценили степень зараженности.

Результаты и обсуждение. Исследования влияния обработки восприимчивого к галловой нематоде гибрида томата показывают, что растения в меньшей степени заражаются паразитом (табл. 1). Так число галлов на 1 г корня в обработанных растениях снизилось на 31%. Развитие нематод замедлилось. Самки в обработанных растениях были мельче контрольных на 19%, среднее число яиц в отеках самок сократилось в 1,6 раза.

Таблица 1

Влияние обработки жасмоновой кислотой на развитие растений томатов и галловой нематоды

Вариант Вес стебля, г Число галлов/1г корня Число яиц в оотеке Размер самок, мм2

ЖК 27,6 523 59 0,272

Контроль (зараженный) 15,5 759 95 0,336

Контроль (здоровый) 20,3 - - -

НСР (P=0,05) 3,78 186 6,37 0, 023

Анализ активности ИП показал что, в различных органах растений этот показатель существенно различается, а также зависит от возраста растений. Из данных таблицы 2 видно, что активность ИП в листьях растений была выше, чем в корнях. Поскольку растениям чаще приходится иметь дело с надземными паразитическими организмами, активность ИП в листьях выше, к тому же эти органы осуществляют основную синтетическую нагрузку. Хотя с возрастом активность ИП в корнях томатов увеличивалась, а в листьях снижалась [5]. При

385

заражении томатов галловой нематодой, паразитирующей на корнях, увеличение активности в корнях происходит в большей степени, чем в надземных органах (табл. 2). Так в корнях активность ИП увеличилась на 23%, тогда как в листьях - на 15%.

Таблица 2

Активность ингибиторов трипсина в экстрактах листьев и корней томата,

зараженных галловой нематодой

Необработанные Обработанные ЖК

и.ед./мл % и.ед./мл %

листья Здоровые 2,3±0,05 100 4,2±0,09 180

Зараженные 2,7±0,04 115 4,5±0,09 195

корни Здоровые 0,85±0,02 100 0,40±0,02 47

Зараженные 1,05±0,04 123 1,16±0,05 137

Обработка растений ЖК существенно повышала активность ИП в листьях (в 1,8 и 1,67 раза в здоровых и зараженных растениях, соответственно). В корнях обработка препаратом вызывала в здоровых растениях существенное снижение уровня активности - в 1,8 раза. А в зараженных томатах наблюдалось небольшое увеличение активности в сравнении с зараженным контролем.

Таким образом, обработка томатов ЖК позволяет снизить зараженность растений томатов. Показано, что в здоровых, и в зараженных галловой нематодой растениях обработка препаратом приводит к значительному увеличению уровня активности ИП в листьях здоровых и зараженных растений, и в некоторой степени в зараженных корнях. Вероятно, экзогенное воздействие ЖК в растениях томата влияет на экспрессию защитных белков - ИП, уровень и активность которых играет существенную роль в устойчивости к галловой нематоде.

Работа поддержана грантом РФФИ.

Литература: 1. Lilley C.J., Devlin P., Urwin P.E., Atkinson H.J // Trends in Parasitology-1999.-V.15,№10.-P.414-417. 2. Валуева Т.А., Мосолов В.В. //Успехи биол. Химии.-2002.-Т.42.-С.193-216. 3. Narvaez-Vasquez J., Florin-Christensen J., Ryan C.A. //Plant Cell. 1999.-V.11.-P.2249-2260. 4.Удалова Ж.В.//Тр. Ин-та паразитологии РАН.- 2002.-Т.43.-С.267-277. 5.Удалова Ж.В., Ревина Т.А., Герасимова Н.Г. и др. //Сб.мат.научн.конф. «Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями».- Москва.- 2012.- Вып.13.- С.424-426.

Expression of protective proteins in tomato infected root-knot nematodes in response to treatment of jasmonic acid. Udalova Zh.V., Revina T.A., Gerasimova N.G., Ievleva E.V., Zinovieva S.V. Center of Parasitology, IPEE RAS, Bach Institute of biochemistry RAS.

This paper presents data on the possibility of inducing resistance of tomato to root-knot nematodes by treating plants with jasmonic acid and analyzed the changes

386

in the activity of protective proteins - trypsin and chymotrypsin inhibitors. Shown that the treatment plant jasmonic acid causes a significant increase in the inhibitory activity in leaves and roots infected with nematodes of tomatoes.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОГО

НАДЗОРА ПРИ ЭНТЕРОБИОЗЕ

Упырев А.В., Твердохлебова Т.И.

ФБУН Ростов НИИ микробиологии и паразитологии Роспотребнадзора

В 21 веке контактные гельминтозы и в первую очередь энтеробиоз остаются проблемой не только медицинского, но и социального характера. В дошкольных учреждениях и школах первостепенное значение приобретают санитарно-гигиенические мероприятия и объективный контроль санитарногигиенического режима (текущий санитарный надзор) [1]. Регистрируемая доля больных энтеробиозом при проведении плановых однократных обследований, особенно при невысоких уровнях поражённости, незначительна. Так, уровень поражённости энтеробиозом детей в дошкольных коллективах на территории юга России остаётся относительно низким - менее 5% [2].

Результаты ежегодного планового обследования не отражают полностью эпидситуацию по данному гельминтозу и могут неблагоприятно влиять на условия, приводящие к высокому риску заражения и в конечном итоге к повышенной заболеваемости этой инвазией [3].

Для качественной и своевременной диагностики энтеробиоза, лечения больных и химиопрофилактики контактных, а также осуществления адекватных санитарно-гигиенических и дезинвазионных мероприятий, необходим мониторинг паразитологической ситуации в коллективах. Для её объективной оценки необходима разработка критериев оценки риска заражения энтеробиозом и, в первую очередь, в общеобразовательных и культурно -оздоровительных учреждениях, в т.ч. детских дошкольных учреждениях. Так, при проведении санитарно-эпидемиологического надзора необходимо учитывать все факторы, связанные с возможностью формирования очагов инвазии. Но наиболее значимыми, на наш взгляд, являются санитарногельминтологические исследования. Роль санитарно-гельминтологических исследований важна не только для решения вопросов изучения путей передачи инвазии, но и, в первую очередь, для оценки риска заражения и идентификации типа очага гельминтоза. Одним из главных преимуществ санитарногельминтологического исследования перед обследованием является то, что его можно осуществлять без присутствия детей в учреждениях. Надо отметить, что уменьшение числа больных энтеробиозом снижает интенсивность контаминации паразитарными патогенами эпидзначимых предметов обихода, что в итоге приводит к ослаблению риска заражения гельминтозом. В связи с этим для реализации этих задач требуется совершенствование методов

387