МОЛЕКУЛЯРНІ МЕХАНІЗМИ СТІЙКОСТІ ХВОЙНИХ ДЕРЕВНИХ ПОРІД ДО ФІТОПАТОГЕННИХ ОРГАНІЗМІВ

  • Roman Gout Національний лісотехнічний університет України
  • Volodymyr Kramarets Національний лісотехнічний університет України
Ключові слова: хвойні породи, антимікробні пептиди, фітопатогенні хвороби, рослинні дефензини, механізми захисту.

Анотація

Розглянуто основні компоненти захисної системи хвойних деревних порід та їх роль у запобіганні фітозахворюванням. Вказано на важливе значення антимікробних білків – хітиназ, глюканаз і дефензинів. Розглянуто особливості будови, подано класифікацію та охарактеризовано функції рослинних дефензинів. Розкрито механізми їх антифунгальної дії. Ці пептиди чинять мембранолітичну дію на плазматичну мембрану грибів та спричиняють низку швидких відповідей клітин гриба, зокрема у виділенні та поглинанні іонів К+ і Са2+, зміну потенціалу і проникності мембрани. Вказано на перспективність використання дефензинів у біотехнології для створення культур, стійких до фітозахворювань.

Посилання

1. Лир Х. Физиология древесных растений / Х. Лир, Г. Польстер, Г. Фидлер : пер. c нем. Н.В. Лобанов. – М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1974. – 424 с.
2. Полевой В.В. Фитогормоны / В.В. Полевой. − Л. : Изд-во Ленинградского ун-та, 1982. − 249 с.
3. Соколов Д.В. Корневая гниль от опёнка и борьба с ней / Д.В. Соколов. – М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1964. – 183 с.
4. Цилюрик А.В. Лісова фітопатологія / А.В. Цилюрик, С.В. Шевченко. – К. : Вид-во КВІЦ, 2008. – 464 с.
5. Almeida M. Characterization of two novel defense peptides from pea (Pisum sativum) seeds / M. Almeida, K. Cabral, R. Zingali [et al.] // Arch. Biochem. Biophys. – 2000. – Vol. 378, № 2. – P. 278 286.
6. Altschul S. Gapped BLAST and PSI−BLAST: a new generation of protein database search programs / S. Altschul, T. Madden, A. Schaffer [et al.] // Nucleic Acids Res. – 1997. – Vol. 25, № 17. – P. 3389 3402.
7. Asiegbu F. Pathogen-inducible cDNAs from the interactions of the root rot fungus Heterobasidion annosum with Scots pine (Pinus sylvestris L.) / F. Asiegbu, J. Nahalkova, G. Li // Plant Science. – 2005. – Vol. 168, № 2. – P. 365 372.
8. Broekaert W. Plant defensins: novel antimicrobial peptides as components of the host defense system / W. Broekaert, F. Terras, B. Cammue [et al.] // Plant Physiol. – 1995. – Vol. 108, № 4. – P. 1353 1358.
9. Broekaert W. Antimicrobial peptides from plants / W. Broekaert, B. Cammue, M. DeBolle [et al.] // Crit. Rev. Plant Sci. – 1997. – Vol. 16, № 1. – P. 297 323.
10. Chagolla-Lopez A. A novel alpha-amylase inhibitor from amaranth (Amaranthus hypocondriacus) seeds / A. Chagolla-Lopez, A. Blanco-Labra, A. Pathy [et al.] // Journal Biol. Chem. – 1994. – Vol. 269, № 38. – P. 23675 23680.
12. Dong J. Endochitinase and β-1,3-glucanase genes are developmentally regulated during somatic embryogenesis in Picea glauca / J. Dong, D. Dunstan // Planta. – 1997. – Vol. 201, № 2. – P. 189 194.
13. Elfstrand M. Identification of candidate genes for use in molecular breeding: a case study with the Norway spruce defensin-like gene, SPI1 / M. Elfstrand, C.G. Fossdal, G. Swedjemark [et al.] // Silvae Genet. – 2001. – Vol. 50, № 1. – P. 75 81.
14. Fossdal C. Isolation of the first putative peroxidase cDNA from a conifer and the local and systemic accumulation of related proteins upon pathogen infection / C. Fossdal, P. Sharma, A. Lonneborg // Plant Molecular Biology. – 2001. – Vol. 47, № 3. – P. 423 435.
15. Fossdal C. The putative gymnosperm plant defensin polypeptide (SPI1) accumulates after seed germination, is not readily released, and the SPI1 levels are reduced in Pythium dimorphum-infected spruce roots / C. Fossdal, N. Nagy, P. Sharma [et al.] // Plant Molecular Biology. – 2003. – Vol. 52, № 2. – P. 291 302.
16. Gao A.G. Fungal pathogen protection in potato by expression of a plant defensin peptide / A.G. Gao, S.M. Hakimi, C.A. Mittanck [et al.] // Nat. Biotechnol. – 2000. – Vol. 18, № 12. – P. 1307 1310.
17. Johansson S. Initial reactions in sapwood of Norway spruce and Scots pine after wounding and infection by Heterobasidion parviporum and H. annosum / S. Johansson, L. Lundgren, F. Asiegbu // Forest Pathology. – 2004. – Vol. 34, № 1. – P. 197 210.
18. Lay F. The three-dimensional solution structure of NaD1, a new floral defensin from Nicotiana alata and its application to a homology model of the crop defense protein alfAFP / F. Lay, H. Schirra, M. Scanlon [et al.] // Journal Mol. Biol. – 2003. – Vol. 325, № 1. – P. 175 188.
19. Leah R. Biochemical and molecular characterization of three barley seed proteins with antifungal activity / R. Leah, H. Tommerup, I. Svendensen [et al.] // Journal Biol. Chem. – 1991. – Vol. 266, № 3. – P. 1564 1573.
20. Lind M. Stilbenes and resin acids in relation to the penetration of Heterobasidion annosum through the bark of Picea abies / M. Lind, A. Olson, J. Stenlid, M. Lindberg [et al.] // Eur. J. Forest Path. – 1992. – Vol. 22, № 1. – P. 95 106.
21. Nagy N. Induced responses to pathogen infection in Norway spruce phloem: changes in polyphenolic parenchyma cells, chalcone synthase transcript levels and peroxidase activity / N. Nagy, C. Fossdal, P. Krokene [et al.] // Tree Physiol. – 2004. – Vol. 24, № 3. – P. 505 515.
22. Nahlakova J. Isolation and characterization of Pinus nigra lectin during interaction with the necrotrophs Heterobasidion annosum and Fusarium avenaceum / J. Nahlakova, F.O. Asiegbu, G. Daniel [et al.] // Physiol. Mol. Plant Pathol. – 2004. – Vol. 59, № 1. – P. 153 163.
23. Osborn R. Isolation and characterization of plant defensins from seeds of Asteracea, Fabaceae, Hippocastanaceae and Saxifragaceae / R. Osborn, G. Desamblanx, K. Thevissen [et al.] // FEBS Lett. – 1995. – Vol. 368, № 2. – P. 257 262.
24. Ozaki Y. Amino acid sequence of a purothionin analogue of barley flour / Y. Ozaki, K. Wada, T. Hase [et al.] // Journal Biochem. – 1980. – Vol. 87, № 3. – P. 549 555.
25. Parashina E. Genetic engineering of oilseed rape and tomato plants expressing a radish defensin gene / E. Parashina, L. Serdobinskii, E. Kalle [et al.] // Rus. J. Plant. Physiol. – 2000. – Vol. 47, № 3. – P. 417 423.
26. Pelech S.L. Mitogen-activated protein kinases: rersatile transducers for cell signalling / S.L. Pelech, J.S. Sanghera // Trends Biochem. Sci. – 1992. – Vol. 17, № 2. – P. 233-238.
27. Segura A. Novel defensin subfamily from spinach (Spinacia oleracea) / A. Segura, M. Moreno, A. Molina [et al.] // FEBS Lett. – 1998. – Vol. 435, № 2 3. – P. 159-162.
28. Sharma P. Isolation and characterization of a cDNA encoding a plant defensin-like protein from roots of Norway spruce / P. Sharma, A. Lonneborg // Plant Mol. Biol. – 1996. – Vol. 31, № 3. – P. 707 712.
29. Shen G. Molecular cloning, characterization and expression of a novel jasmonate-dependent defensin gene from Ginkgo biloba / G. Shen, Y. Pang, W. Wu [et al.] // Journal Plant Physiol. – 2005. – Vol. 162, № 10. – P. 1160-1168.
30. Silvestein K. Genome organization of more 300 defensin-like genes in Arabidopsis / K. Silvestein, M. Graham, T. Paape [et al.] // Plant Physiol. – 2005. – Vol. 138, № 2. – P. 600-610.
31. Spelbrink R.G. Differential antifungal and calcium channel-blocking activity among structurally related plant defensins / R.G. Spelbrink, N. Dilmac, A. Allen [et al.] // Plant Physiol. – 2004. – Vol. 135, № 4. – P. 2055-2067.
32. Thevissen K. Specific binding sites for an antifungal plant defensin from dahlia (Dahlia merckii) on fungal cells are required for antifungal activity / K. Thevissen, R. Osborn, D. Acland [et al.] // Mol. Plant-Microbe Interact. – 2000. – Vol. 31, № 1. – P. 54-61.
33. Thomma B. Tissue-specific expression of plant defensin genes PDF2.1 and PDF2.2 in Arabidopsis thaliana / B. Thomma, W. Broekaert // Plant Physiol. Biochem. – 1998. – Vol. 36, № 3. – P. 533-537.
34. Thomma B. The complexity of disease signaling in Arabidopsis / B. Thomma, I. Penninckx, W. Broekaert [et al.] // Curr. Opin. Immunol. – 2001. – Vol. 13, № 1. – P. 63-68.
35. Thomma B. Plant defensins / B. Thomma, B. Cammue, K. Thevissen // Planta. – 2002. – Vol. 216, № 2. – P. 193-202.
36. Wainhouse D. The influence of preformed defences on the dynamic wound response in Spruce bark / D. Wainhouse, D. Rose, A. Peace // Functional Ecology. – 1997. – Vol. 11, № 3. – P. 564-572.
Опубліковано
2019-12-26
Розділ
ЗАХИСТ ЛІСІВ І МИСЛИВСЬКЕ ГОСПОДАРСТВО