Influence of the high infectious load of the causal agent of bacterial ring rot of potatoes on variations in hydrogen peroxide and cAMP levels in transgenic potato plants in vitro with increased contents of endogenous hydrogen peroxide

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Effects of the infectious load of the causal agent Clavibacter michiganensis sps. Sepedonicus (Cms) of ring rot of potatoes on hydrogen peroxide and cAMP levels in potato plants in vitro were studied on three transgenic lines of the Scarb cultivar: line L17.2 – plants transformed with the native gene of glucose oxidase gox from the highly active fungal strain Penicillium funiculosum 46.1; line M7.3 – plants transformed with the modified gene gox-mod; and line Pb14.10 – plants transformed with a vector without a target gene. In addition, non-transgenic plants of the same cultivar (medium resistant against Cms), Lugovskaya (resistant against Cms) and Lukyanovsky (susceptible to Cms) were examined. In the plants infected with Cms (0.2х108 cells/ml), the dynamics of cAMP and Н2О2 indicated a balanced system signal “root–stem”. The Cms titre (2х108cells/ml) caused a systemic increase in the concentration of Н2О2 in the organs of almost all plant cultivars; however, a systemic increase in the level of cAMP occurred only in the Lugovskaya cultivar. In all the studied transgenic lines, cAMP levels remained at the control level, accompanied by both local and extensive necrosis. In transgenic potato lines, the observed decrease in protective responses (both local and extensive necrosis) is likely to be associated with an extremely high baseline level of endogenous hydrogen peroxide and an imbalance in cAMP levels. The introduction of the gox gene into potato plants was found to increase their resistance against high Cms titres.

About the authors

L. A. Lomovatskaya

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry

N. V. Filinova

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry; A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, SB RAS

Email: Filinova@sifibr.irk.ru

A. S. Romanenko

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry

Email: Rom@sifibr.irk.ru

References

  1. Кочетов А. В., Шумный В. К. Трансгенные растения как генетические модели для изучения функций генов растений // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. N 4. С. 475–481. https://doi.org/10.18699/VJ16.179.
  2. Mengarelli D. A., Tewes L. R., Balazadeh S., Zanor M. I. FITNESS acts as a negative regulator of immunity and influences the plant reproductive output after Pseudomonas syringae infection // Frontiers Plant Science. 2021. Vol. 12. Article 606791. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.606791.
  3. Wu G., Shortt B. J., Lawrence E. B., Levine E. B., Fitzsimmons K. C., Shah D. M. Disease resistance conferred by expression of a gene encoding H202-generating glucose oxidase in transgenic potato plants // Plant Cell. 1995. Vol. 7, no. 9. P. 1357–1368. https://doi.org/10.1105/tpc.7.9.1357.
  4. Савчин Д. В., Панюш А. С., Картель Н. А. Молекулярно-генетический анализ трансгенных растений картофеля с геном gox Penicillium funiculosum // Труды Белорусского государственного университета. 2011. Т. 6. N 2. С. 116.
  5. Keller H., Pamboukdjian N., Ponchet M., Poupet A., Delon R., Verrier J.-L., et al. Pathogeninduced elicitin production in transgenic tobacco generates a hypersensitive response and nonspecific disease resistance // Plant Cell. 1999. Vol. 11, no. 2. P. 223–225. https://doi.org/10.1105/tpc.11.2.223.
  6. Lee Y. H., Yoon I. S., Suh S. C., Kim H. I. Enhanced disease resistance in transgenic cabbage and tobacco expressing a glucose oxidase gene from Aspergillus niger // Plant Cell Reports. 2002. Vol. 20, no. 12. P. 857–863. https://doi.org/10.1007/s00299-001-0416-x.
  7. Ткачук В. А., Тюрин-Кузьмин П. А., Белоусов В. В., Воротников А. В. Пероксид водорода как новый вторичный посредник // Биологические мембраны. 2012. Т. 29. N 1-2. С. 21–37.
  8. Креславский В. Д., Лось Д. А., Аллахвердиев С. И., Кузнецов Вл. В. Сигнальная роль активных форм кислорода при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59. N 2. С. 163.
  9. Шакирова Ф. М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. 160 с.
  10. Ma Y., Zhao Y., Walker R., Berkowitz G. Molecular steps in the immune signaling pathway evoked by plant elicitor peptides: Ca2+-dependent protein kinases, nitric oxide, and reactive oxygen species are downstream from the early Ca2+ signal // Plant Physiology. 2013. Vol. 163, no. 3. P. 1459– 1471. https://doi.org/10.1104/pp.113.226068.
  11. Ma W., Qi Z., Smigel A., Walker R. K., Verma R., Berkowitz G. A. Ca2+ , cAMP, and transduction of non-self perception during plant immune responses // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2009. Vol. 106. N 49. P. 20995–21000. https://doi.org/10.1073_pnas.0905831106.
  12. Ломоватская Л. А., Романенко А. С., Филинова Н. В. Аденилатциклазы растений: влияние биотического стрессора на кинетические параметры трансмембранной и «растворимой» форм аденилатциклазы // Биологические мембраны. 2014. Т. 31. N 2. С. 129–136. https://doi.org/10.7868/S0233475514010071.
  13. Ломоватская Л. А., Кузакова О. В., Симакова А. А., Соколова Л. Г., Романенко А. С. Характер изменения уровня цАМФ у растений как возможный критерий устойчивости культур к загрязнению почв фторидами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. Т. 14. N 3. С. 54–60.
  14. Романенко А. С., Ломоватская Л. А., Граскова И. А. Некрозы как необычные симптомы кольцевой гнили картофеля // Физиология растений. 2002. Т. 49. N 5. С. 773–778.
  15. Попов В. Н., Антипина А. В., Астахова Н. В. Изменения ультраструктуры хлоропластов табака в процессе защиты от окислительного стресса при гипотермии // Физиология растений. 2016. Т. 63. N 3. С. 319–326. https://doi.org/10.7868/S0015330316030118.
  16. Peleg-Grossman S., Melamed-Book N., Levine A. ROS production during symbiotic infection suppresses pathogenesis-related gene expression // Plant Signaling & Behavior. 2012. Vol. 7, no. 3. P. 409–415. https://doi.org/10.4161/psb.19217.
  17. Захарченко Н. С., Бурьянов Я. И., Лебедева А. А., Пиголева С. В., Ветошкина В. Д., Локтюшов Е. В.. Физиологические особенности трансгенных растений рапса, экспрессирующих ген антимикробного пептида цекропина Р1 // Физиология растений. 2013. Т. 60. N 3. С. 424– 433. https://doi.org/10.7868/S0015330313030160.
  18. Enikeev A. G., Kopytina T. V., Semenova L. A., Natyaganova A. V., Gamanetz L. V., Volkova O. D. Agrobacterial transformation as complex biotical stressing factor // Journal Stress Physiology & Biochemistry. 2008. Vol. 4, no. 1. P. 11–19.
  19. Ванюшин Б. Ф. Апоптоз у растений // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 3–38.
  20. Ломоватская Л. А., Кузакова О. В., Гончарова А. М., Романенко А. С. цАМФ участвует в регуляции уровня пероксида водорода в корне проростков гороха при биотическом стрессе // Физиология растений. 2020. Т. 67. N 3. С. 270– 277. https://doi.org/10.1134/S0015330320020104.
  21. Bindschedler L. V., Minibayeva F., Gardner S. L., Gerrish C., Davies D. R., Bolwell G. P. Early signalling events in the apoplastic oxidative burst in suspension cultured French bean cells involve cAMP and Ca2+ // New Phytologist. 2001. Vol. 151, no. 1. P. 185–194. http://dx.doi.org/10.1046/j.1469-8137.2001.00170.x.
  22. Huber A. E., Bauerle T. L. Long-distance plant signaling pathways in response to multiple stressors: the gap in knowledge // Journal of Experimental Botany. 2016. Vol. 67, no. 7. P. 2063–2079. https://doi.org/10.1093/jxb/erw099.
  23. Romanenko A. S., Lomovatskaya L. A., Shafikova T. N., Borovskii G. B., Krivolapova N. V. Potato cell plasma membrane receptors to ring rot pathogen extracellular polysaccharides // Journal of Phytopathology. 2003. Vol. 151, no. 1. P. 1–6. https://doi.org/10.1046/j.1439-0434.2003.00667.x.
  24. Ito M., Takahashi H., Sawasaki T., Ohnishi K., Hikichi Y., Kiba A. Novel type of adenylyl cyclase participates in tabtoxinine-β-lactam-induced cell death and occurrence of wildfire disease in Nicotiana benthamiana // Plant Signaling & Behavior. 2014. Vol. 9, no. 1. https://doi.org/10.4161/psb.27420.
  25. Яруллина Л. Г., Касимова Р. И., Бурханова Г. Ф., Муратова М. В., Черепанова Е. А. АФК в регуляции активности PR-белков при индуцированной устойчивости растений // Молекулярные аспекты редокс-метаболизма растений. Роль активных форм кислорода в жизни растений: материалы II Международного симпозиума и международной научной школы (г. Уфа, 26 июня – 01 июля 2017 г.). Уфа: Первая типография, 2017. С. 288–292.
  26. Омеличкина Ю. В., Бояркина С. В., Шафикова Т. Н. Реакции эффектор-активируемого иммунитета в культурах клеток картофеля и табака при действии фитопатогена Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus // Физиология растений. 2017. Т. 64. N 3. С. 204–212. https://doi.org/10.7868/S0015330317020099.
  27. S´wiez˙awska-Boniecka B., Duszyn M., Mateusz Kwiatkowski M., Szmidt-Jaworska A., Jaworski K. Cross talk between cyclic nucleotides and calcium signaling pathways in plants–achievements and prospects // Frontiers Plant Science. 2021. Vol. 12. Article number 643560.
  28. Бараненко В. В. Супероксидисмутаза в клетках растений // Цитология. 2006. Т. 48. N 6. С. 465–474.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».