Диссертация (1145858), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Феназин, такжепродуцируемый псевдомонадами, обладал окислительно-восстановительной активностью имог подавлять грибные фитопатогены, такие как Fusarium oxysporum и Gaeumannomycesgraminis (Chin-A-Woeng et al., 2003). Штамм P. chlororaphis PCL1391, выделенный из корнейрастений томатов, синтезировал феназин-1-карбоксамид, способный высвобождать ионыжелеза из нерастворимых окислов при нейтральном pH, способствуя мобилизации ионовжелеза в почве (Haas, Défago, 2005).Антибиотики, такие как полимиксин, циркулин и колистин, выделяемые большинствомBacillus ssp., активны в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, атакже многих патогенных грибов (Maksimov et al., 2011).
К примеру, штамм B. cereus UW85подавлял развитие фитопатогенных оомицет за счет продукции антибиотиков звиттермицинаи каносамина, обеспечивая биоконтроль патогенов люцерны (Silo-Suhet al., 1994). Чтокасается вопросов создания биопрепаратов на основе бактерий-продуцентов антибиотиков, тотут наиболее перспективны различные штаммы Bacillus и Paenibacillus, которые сохраняютвысокую стабильность популяции в течение инокуляции и хранения биопрепаратов (KokalisBurelle et al., 2005).Другими веществами, продуцируемыми микроорганизмами в качестве защитных факторовявляются бактериоцины.
Согласно обзору Райли и Вертза (Riley, Wertz, 2002) бактериоциныотличаются от традиционных антибиотиков тем, что имеют относительно узкий спектрорганизмов-мишеней, и токсичны для бактерий, тесно связанных со штаммом-продуцентом.Почти все бактерии могут продуцировать хотя бы один бактериоцин, а многие бактериоцины,51изолированные из грамотрицательных бактерий, являлись рекомбинацией уже существующихбактериоцинов (Riley, 1993). Как и колицин, название которого происходит от названиякишечной палочки, другие бактериоцины были изучены и названы аналогичным образом:пиоцин из P. pyogenes, клоацин из Enterobacter cloacae, марцесцин из Serratia marcescens,мегацин из B.
megaterium (Cascaleset al., 2007). Интересно, что бактериоцины из B. spp. всечаще становятся объектом для исследований в связи с их широким спектром ингибирования (всравнениисбактериоцинамимолочнокислыхбактерий),которыйвключаетграмотрицательные бактерии, дрожжи и грибы, а также некоторые грамположительные видыбактерий (Abriouelet al., 2011).1.2.2.2. Индуцированная устойчивостьИзвестно, что непатогенные ризобактерии способны стимулировать у растения-хозяинамеханизмы сопротивления болезням; данное явление получило название «индуцированнаясистемная устойчивость» (ISR – от англ.
«Induced Systemic Resistance») (Van Loon et al., 1998).Индуцированной устойчивостью называют состояние усиления защитных сил организмарастения при воздействии PGPR, наряду со стимуляцией роста (Van Loon et al., 1998).Впервые это явление было описано Ван Перетом (Van Peer et al., 1991) у растений гвоздики,которые были системно защищены бактериями P. fluorescens от F. oxysporum f. sp.dianthi, атакже Вейетом (Wei et al., 1991) у растений огурцов, при этом, ризосферные штаммызащищали листья от антракноза, вызванного Colletotrichum orbiculare.
Так, и индуцирующиебактерии и штамм-патоген находились на одном растении, но в разных его частях,пространственно ограниченных друг от друга, но защитный эффект тем не менее былдостигнут.Индуцированная системная устойчивость, опосредованная ризобактериями, схожа с патогениндуцированой системной приобретенной устойчивостью (SAR – от англ. «Systemic AcquiredResistance»)втом,чтообатипаиндуцированнойустойчивостипроявляютсявнеинфецированых частях растений, которые становятся более резистентны к патогенам, в томчисле грибным, бактериальным, вирусным, а также нематодам и насекомым (Zehnder et al.,1997; Van Loon et al., 1998; Bent, 2006; Pozo, Azcon-Aguilar, 2007). Некоторые штаммыиндуцируют устойчивость одного растения сразу против нескольких патогенов (Somers etal.2004).
В частности, ряд штаммов Pseudomonas и Bacillus являются наиболее изученнымиризобактериями, которые вызывают ISR (Kloepper et al., 2004; Van Weeset al., 2008). ТерминISR был предложен как способность растения сопротивляться патогенном, обеспеченноедеятельностью PGPR, и не зависящее от сигнального пути, вовлеченного в этот процесс, в товремя как термин SAR используется для аписания салицил-зависимой резистенции, вызванной52локальной инфекцией.
ISR и SAR действуют через различные сигнальные пути: так, SARиндуцируется салициловой кислотой, в то время как ISR осуществляется за счет сигнальныхпутей с участием жасминовой кислоты и этилена (Van Loonet al., 1998). Накопление этихсигнальных молекул координирует резистентность, а внесение их экзогенно достаточно длятого, что бы вызвать защитную реакцию (Ryals et al., 1996). Уровень защитных реакций,опосредованных ISR, значительно слабее, чем вызванных SAR (Van Loon, 2000), и взначительной степени зависит от генотипа растения (Bloemberg, Lugtenberg, 2001).
Тем неменее, ISR и SAR вместе обеспечивают лучшую защиту, чем каждый из них в отдельности,что указывает на их способность действовать аддитивно, усиливая устойчивость к патогенам(Van Wees et al., 2000).Обычно накопление салициловой кислоты происходит локально в низких концентрацях,системно, и в соответствии с развитием SAR. Отмечено, что внедрение экзогеннойсалициловой кислоты индуцировало SAR у многих видов растений (Van Loon et al., 1998).Развитие некроза тканей рассматривается как общая функция, необходимая для активацииSAR (Vleesschauwer, Höfte, 2009), однако, в некоторых случаях SAR может развиваться и безнекроза тканей, как это было продемонстрировано для Arabidopsis thaliana (Mishina, Zeier,2007).
В случае SAR, первичная инфекция предрасполагает растение к способности растенийпротивостоять последующим инвазиям: салициловая кислота активирует определенныеучастки оборонительных генов, ответственных за выработку особых белков – PR (от англ.«pathogenesis-related proteins»). Как правило, ISR не сопровождается активацией генов PR, в товремя как усиление защитных характеристик SAR всегда связано с аккумуляцией PR (VanLoon, 2007). Например, обработка корней табака штаммом P.
fluorescens CHA0 приводило кнакоплению индуцируемых салициловой кислотой PR-белков в листьях (Maurhofer et al.,1994). Эти белки служат характерным признаком SAR у некоторых видов растений, и, какполагают, вносят свой вклад в состояние резистентности (Vleesschauwer and Höfte, 2009).Часть таких белков являются 1,3-глюконазами и хитиназами, способными гидролизоватьклеточные стенки грибов, в то время как оставшаяся часть таких белков еще плохо изучена.Ген PR-1 и его экспрессия, индуцируемая салициловой кислотой, обычно выступают в ролимолекулярных маркеров для SAR (Van Loon and Bakker, 2006). Растения арабидопсиса,инокулированые патогеном P.
syringae pv. tomato, либо обработанные салициловой кислотой,проявляли SAR и аккумулировали PR-1 мРНК, тогда как инокуляция штаммами-индукторамиISR P. fluorescens WCS417 и P. putida WCS358 не влияла на экспрессию PR- генов илинакопление PR-белков.Такого рода прайминг врожденной иммунной системы растения открывает широкиевозможности для его резистентности с минимальным воздействием на семена инепосредственный рост растения (Van Hulten et al.
2006). Прайминг предлагает более53экономически выгодную стратегию устойчивости, это позволяет растению более эффективнореагировать на инвазию извне, индуцируя клеточные механизмы устойчивости (Beckers andConrath 2007; Conrath et al. 2006). Использование таких систем было описано достаточноподробно (Choudhary et al., 2007; Choudhary and Johri, 2009) на примере Pseudomonasfluorescens, P. putida, Bacillus pumilus и Serratia marcescens. Значительно меньше сведенийимеется о представителях рода Bacillus, как индукторов ISR, часть данных приводится вработах Клоппера с соавт. (Kloepper et al., 2004). Кроме того, в список других, ISRиндуцирующих ризобактерий, можно включить Paenibacillus alvei (Tjamos et al.
2005),Acinetobacter lwoffii (Trotel-Aziz et al. 2008), Chryseobacterium balustinum, Azospirillumbrasilense (Ramos Solano et al. 2008), Curtobacterium sp., Arthrobacter oxidans (Barriuso etal.2008), Stenotrophomonas (Domenech et al. 2007), а также эндофитные Actinobacteria (Conn etal., 2008). Обзор ризобактерий, индуцирующих ISR, приведен в таблице 1.2. Эффективностьэтих штаммов была оценена в вегетационных и полевых экспериментах на различныхкультурах, таких как томаты, болгарский перец, дыни, арбузы, сахарная свекла, табак, огурцы,тропические культуры.Таблица 1.2. Индуцируемая системная устойчивость, вызываемая Bacillus у растений кпатогенам.РастениеЗаболеваниеПатогенBacillus spp.Сахарная свеклаЦеркоспорозCercospora beticolaB. pumilus 203-6, 203-7РедисБактериальнаяXanthomonas campectris pv.Bacillus spp.пятнистостьлистьевarmoraciaeОгурецКорневая гнильPythium spp.Bacillus spp.АрахисПятнистостьCercosporidium personatumBacillus spp.ТабакГолубая плесеньPeronospors tabacinaB.
pasteurii, B pumilusОгурецБактериальное увяданиеErwinia tracheiphilaB. pumilusТоматыПятнистостьВирус мозаики огурцаB. subtilis, B. pumilus, B.amiloliquefaciensТоматыФитофторозPhytophthora infestansB. pumilusВ отличие от SAR, основную роль в активации ISR играют летучие вещества микробногопроисхождения. Было проведено сравнение летучих веществ растительного происхождения идвух классов сигнальных молекул, С6 (летучие вещества зеленых листьев) и С4(бактериальных летучих веществ), которые усиливали способность мобилизовать защитныеклеточные механизмы в случае атаки патогенна (Choudhary et al., 2008).
Рю с соавт. (Ryu et al.,2004) исследовал роль летучих микробных метаболитов в активации ISR ризосфернымибактериями у проростков арабидопсиса на разных, пространственно отделенных сторонах54чашек Петри. ISR было активировано действием на растения летучих соединений,продуцируемых Bacillus sp., при этом через 4 дня экспозиции наблюдалось значительноеснижение симптомов мягкой гнили, вызываемой Erwinia carotovora. Состав летучихметаболитов ризобактерий штаммовB. subtilis GB03 и B. amyloliquefaciens IN937a,являющихся PGPR существенно отличался от состава метаболитов, выделяемых другимштаммом DH5a, который не относился к группе PGPR.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
