Влияние разных видов фитопатогенных бактерий на ското- и фотоморфогенез проростков фасоли овощной

   Актуальность. Развитие бактериозов и степень их тяжести определяются комплексным взаимодействием между патогеном, генотипом растения-хозяина и условиями окружающей среды. Освещенность является ключевым абиотическим фактором, модулирующим как физиологические процессы при скотоморфогенезе (в темноте) и фотоморфогенезе (на свету), так и процесс патогенеза. При этом использование этиолированных проростков позволяет выявить специфику проявления вирулентности патогенов, которые могут маскироваться или компенсироваться в условиях световой культуры.

   Целью данного исследования являлась комплексная оценка влияния различных видов патогенных бактерий на морфофизиологические параметры проростков фасоли в зависимости от генотипа сорта и условий освещенности.

   Методика. В исследования были взяты сорта фасоли с различной полевой устойчивостью к бактериозам: Лика, Си Бемоль (СБМ) и Рант. На стадии появления корешка проростки инокулировали суспензиями четырех видов фитопатогенных бактерий: Dickea chrysanthemi (Dc), Curtobacterium flaccum-faciens (Cf), Pseudomonas syringae (Ps) и Xanthomonas phaseoli (Xp). Контроль – стерильная вода. После инокуляции проростки выращивали в пластиковых сосудах со стерильным перлитом в двух режимах: 16-часовой световой день и полная темнота. Через 7 и 14 суток измеряли длину стебля и корневой системы, площадь примордиальных листьев, сырую массу растений, учитывали типы симптомов поражения и степень их выраженности.

   Результаты и выводы. Анализ влияния фитопатогенных бактерий на морфогенез проростков фасоли подтвердил, что отмеченные эффекты носят нелинейный характер и определяются спецификой комбинаций факторов в триаде «растение-патоген-свет». Сортоспецифичность действия на ростовые процессы проростков свидетельствует о ведущей роли генотипа в устойчивости к бактериальной инвазии. При этом ростовые параметры могут служить ранними индикаторами развития инфекционного процесса. Наибольшую прогностическую ценность имеют показатели массы растения и площади примордиальных листьев. Каждый вид бактерий формировал характерный симптомокомплекс: Ps проявил некротически-токсический тип патогенеза с образованием локальным некрозов и способностью индуцировать хлорозы; Xp – выраженную вариабельность симптоматики в зависимости от генотипа хозяина в виде депрессии развития корневой системы и сосудистых нарушений с образованием некроза жилок; Cf – умеренную агрессивность и способность вызывать компенсаторные реакции у толерантных генотипов с элементами стимуляции ростовых процессов, а Dc – свойства агрессивного сосудистого полифага с выраженной тропностью к апикальным меристемам и молодым листьям, вызывая увядание и гниль верхушки этиолированных проростков фасоли. Модулирующая роль светового режима заключалась в дифференциации стратегий взаимодействия «патоген х растение»: индукция компенсаторных реакций на свету у толерантного сорта Лика, угнетение роста и потенцирование симптомов в темноте у восприимчивого сорта Рант; светозависимые разнонаправленные эффекты у средневосприимчивого сорта СБМ. Выявленная групповая устойчивость к бактериозам делает сорт Лика перспективным для использования в селекционных программах на иммунитет.

1. Кефели В.И. Действие света на рост и морфогенез высших растений. М.: Наука; 1975. С. 209-227.

2. Josse E.M., Halliday K.J. Skotomorphogenesis: The dark side of light signalling. Curr. Biol. 2008;18(24):R1144-R1154. doi: 10.1016/j.cub.2008.10.034

3. Волотовский И.Д., Суховеева С.В., Кабачевская Е.М. Биофизические механизмы внутриклеточной сигнализации (трансдукции) в высших растениях. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2023;68(1):75-88. doi: 10.29235/1029-8940-2023-68-1-75-88 https://www.elibrary.ru/qugpez

4. Seluzicki A., Burko Y., Chory J. Dancing in the dark: darkness as a signal in plants. Plant Cell Environ. 2017;40(11):2487-2501. doi: 10.1111/pce.13033

5. Golovatskaya I.F., Karnachuk R.A. Dynamics of growth and the content of endogenous phytohormones during kidney bean scoto- and photomorphogenesis. Russian Journal of Plant Physiology. 2007;54(3):407-413.

6. Bai M.Y., Shang J.X., Oh E., et al. Brassinosteroid, gibberellin and phytochrome impinge on a common transcription module in Arabidopsis. Nat. Cell Biol. 2012;14(8):810-817. doi: 10.1038/ncb2546

7. Gupta R., Chakrabarty S.K. Gibberellic acid in plant. Still a mystery unresolved. Plant Signal. Behav. 2013;8(9):e25504. doi: 10.4161/psb.25504

8. Daviere J.M., Achard P. Gibberellin signaling in plants. Development. 2013;140(6):1147-1151. doi: 10.1242/dev.087650

9. Liang T., Mei S., Shi C., et al. UVR8 interacts with BES1 and BIM1 to regulate transcription and photomorphogenesis in Arabidopsis. Dev. Cell. 2018;44(4):512-523. doi: 10.1016/j.devcel.2017.12.028

10. Yu X., Li L., Zola J., et al. A brassinosteroid transcriptional network revealed by genome-wide identification of BESI target genes in Arabidopsis thaliana. Plant. 2011;65(4):634-646. doi: 10.1111/j.1365-313X.2010.04449.x

11. Alabadí D., Blázquez M.A. Integration of light and hormone signals. Plant Signal. Behav. 2008;3(7):448-450. doi: 10.4161/psb.3.7.5678

12. Кузнецова В.В., Дорошенко А.С., Кудрякова Н.В., Данилова М.Н. Роль фитогормонов и света в процессе деэтиоляции. Физиология растений. 2020;67(6):563-577. doi: 10.31857/S0015330320060093 https://www.elibrary.ru/xnilqq

13. Jaillais Y., Vert G. Brassinosteroids, gibberellins and light-mediated signalling are the three-way controls of plant sprouting. Nat. Cell Biol. 2012;14(8):788. doi: 10.1038/ncb2554

14. Sineshchekov V., Koppel L. Cryptochrome 1 in the dark affects phytochrome A in etiolated Arabidopsis seedlings shifting the balance between its native types, phyA′ and phyA″. Protoplasma. 2025;4:1-9. doi: 10.1007/s00709-024-01983-4

15. Sharma A., Sharma B., Hayes S., et al. UVR8 disrupts stabilisation of PIF5 by COP1 to inhibit plant stem elongation in sunlight. Nat. Commun. 2019;10:4417. doi: 10.1038/s41467-019-12369-1.

16. Achard P., Liao L., Jiang C., et al. DELLA Contribute to plant photomorphogenesis. Plant Physiol. 2007;143(3):1163-1172. doi: 10.1104/pp.106.092155

17. Lochmanová G., Zdráhal Z., Konečná H., et al. Cytokinin-induced photomorphogenesis in dark-grown Arabidopsis: a proteomic analysis. J. Exp. Bot. 2008;59(13):3705-3719. doi: 10.1093/jxb/ern219

18. Cortleven A., Ehret S., Schmülling T., Johansson H. Ethylene-independent promotion of photomorphogenesis in the dark by cytokinin requires COP1 and the CDD complex. J. Exp. Bot. 2019;70(1):165-178. doi: 10.1093/jxb/ery351

19. Chin-Atkins A.N., Craig S., Hocart C.H., Dennis E.S., Chaudhury A.M. Increased endogenous cytokinin in the Arabidopsis ampl mutant corresponds with de-etiolation responses. Planta. 1996;198(4):549-556. doi: 10.1007/BF00262643

20. Cortleven A., Ehret S., Schmülling T., Johansson H. Ethylene-independent promotion of photomorphogenesis in the dark by cytokinin requires COP1 and the CDD complex. J. Exp. Bot. 2019;70(1):165-178. doi: 10.1093/jxb/ery351

21. Ивлева Л.В., Головацкая И.Ф., Леонов В.П. Особенности развития органов растений фасоли (Phaseolus vulgaris L.) в условиях освещения и темноты. Биометрика-2000. https://biometrica-tomsk.ru/biom-2000/iv_leo4.htm

22. Zádníková P., Wabnik K., Abuzeineh A., et al. A model of differential growth-guided apical hook formation in plants. Plant Cell. 2016;28(10):2464-2477. doi: 10.1105/tpc.15.00569

23. An F., Zhang X., Zhu Z., et al. Coordinated regulation of apical hook development by gibberellins and ethylene in etiolated Arabidopsis seedlings. Cell Res. 2012;22(5):915-927. doi: 10.1038/cr.2012.29

24. Князева Т.В. Регуляторы роста растений в Краснодарском крае : монография. Краснодар: ЭДВИ; 2013. 128 с. ISBN 978-5-901957-94-3.

25. Щербакова Л.А., Джавахия В.Г., Duan Y., Zhang J. Микробные белки – элиситоры устойчивости растений к фитопатогенам и их потенциал для экологически ориентированной защиты сельскохозяйственных культур. Сельскохозяйственная биология. 2023;58(5):789-820. doi: 10.15389/agrobiology.2023.5.789rus https://www.elibrary.ru/civlxb

26. Keller H., Bonnet P., Galiana E., et al. Salicylic acid mediates elicitin-induced systemic acquired resistance, but not necrosis in tobacco. MPMI. 1996;9(8):696-703. doi: 10.1094/MPMI-9-0696

27. Ferrari S., Savatin D.V., Sicilia F., et al. Oligogalacturonides: plant damage-associated molecular patterns and regulators of growth and development. Front. Plant Sci. 2013;4:49. doi: 10.3389/fpls.2013.00049

28. Gust A.A., Biswas R., Lenz H.D., et al. Bacteria-derived peptidoglycans constitute pathogen-associated molecular patterns triggering innate immunity in Arabidopsis. J. Biol. Chem. 2007;282(44):32338-32348. doi: 10.1074/jbc.M704886200

29. Васюкова Н.И., Озерецковская О.Л. Жасмонат-зависимая защитная сигнализация в тканях растений. Физиология растений. 2009;56(5):643-653. https://www.elibrary.ru/kwicwf

30. Войцеховская О.В. Фитохромы и другие (фото)рецепторы информации у растений. Физиология растений. 2019;66(3):163-177. doi: 10.1134/S0015330319030151 https://www.elibrary.ru/zbgqqx

31. Шевлягина О.Ф., Коробков В.В. Особенности роста этиолированных проростков в аспекте реализации донорно-акцепторных отношений. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2019;19(2):170-176. doi: 10.18500/1816-9775-2019-19-2-170-176 https://www.elibrary.ru/vjgemx

32. Кузнецов В.В., Бычков И.А., Кудрякова Н.В. Фитомелатонин как элемент гормональной системы растений. Физиология растений. 2024;71(4):377-397. doi: 10.31857/S0015330324040012 https://www.elibrary.ru/mojikn

33. Мосолов В.В., Валуева Т.А. Участие протеолитических ферментов во взаимодействии растений с фитопатогенными микроорганизмами. Биохимия. 2006;71(8):1034-1042. https://www.elibrary.ru/opotcp

34. Яруллина Л.Г., Ахатова А.Р., Касимова Р.И. Гидролитические ферменты и их белковые ингибиторы в регуляции взаимоотношений растений с патогенами (обзор). Физиология растений. 2016;63(2):205-217. doi: 10.7868/S0015330316020159 https://www.elibrary.ru/vinzcf

35. Кудрявцева Н.Н., Софьин А.В., Ревина Т.А., Гвоздева Е.Л., Иевлева Е.В., Валуева Т.А. Секреция протеолитических ферментов тремя фитопатогенными микроорганизмами. Прикл. биохимия и микробиология. 2013;49(5):513-521. doi: 10.7868/S0555109913050073 https://www.elibrary.ru/qmgewj

36. Valencia-Jimenez A., Arboleda V., Grossi de Sa M.F. Activity of α-amylase inhibitors from Phaseolus coccineus on digestive α-amylases of the coffee berry borer. J. Agric. Food Chem. 2008;56(7):2315-2320. doi: 10.1021/jf0732882

37. Van den Brink J., de Vries R.P. Fungal enzyme sets for plant polysaccharide degradation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011;91(6):1477-1492. doi: 10.1007/s00253-011-3473-2

38. Feng T., Nyffenegger C., Hojrup P., et al. Characterization of an extension-modifying metalloprotease: N-terminal processing and substrate cleavage pattern of Pectobacterium carotovorum Prt1. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014;98(24):10077-10089. doi: 10.1007/s00253-014-5771-y

39. Manjurul Haque Md., Tsuyumu S. Virulence, resistance to magainin II, and expression of pectate lyase are controlled by the PhoP-PhoQ two-component regulatory system responding to pH and magnesium in Erwinia chrysanthemi 3937. J. Gen. Plant Pathol. 2005;71(1):47-50. doi: 10.1007/s10327-004-0158-z

40. Ибрагимов Р.И., Яруллина Л.Г., Шпирная И.А., Умаров И.А., Цветков В.О., Максимов И.В. Биохимические факторы развития устойчивости растений к патогенам. Соврем. наукоемкие технологии. 2010;4:46-48. https://www.elibrary.ru/lspuuz

41. Gomes M.T.R., Oliva M.L., Lopes M.T.P., Salas C.E. Plant proteinases and inhibitors : an overview of biological function and pharmacological activity. Curr. Protein Pept. Sci. 2011;12(5):417-436. doi: 10.2174/138920311796391125

42. Volpicella M., Leoni C., Costanza A., et al. Cystatins, serpins and other families of protease inhibitors in plants. Curr. Protein Pept. Sci. 2011;12(5):386-398. doi: 10.2174/138920311796391113

43. Alfano J.R., Collmer A. Type III secretion system effector proteins: double agents in bacterial disease and plant defense. Annu. Rev. Phytopathol. 2004;42:385-414. doi: 10.1146/annurev.phyto.42.040103.110731

44. Facincani A.P., Moreira L.M., Soares M.R., et al. Comparative proteomic analysis reveals that T3SS, Tfp, and xanthan gum are key factors in initial stages of Citrus sinensis infection by Xanthomonas citri subsp. citri. Funct. Integr. Genomics. 2014;14(1):205-217. doi: 10.1007/s10142-013-0346-z

45. Gazil A., Sarris P.F., Fadouloglou V.E., et al. Phylogenetic analysis of a gene cluster encoding an additional, rhizobial-like type III secretion system that is narrowly distributed among Pseudomonas syringae strains. BMC Microbiol. 2012;12:188. doi: 10.1186/1471-2180-12-188

46. Abramovitch R., Martin G. Strategies used by bacterial pathogens to suppress plant defenses. Curr. Opin. Plant Biol. 2004;7(4):356-364. doi: 10.1016/j.pbi.2004.05.002

47. Qutob D., Huitema E., Gijzen M., Kamoun S. Variation in structure and activity among elicitins from Phytophthora sojae. Mol. Plant Pathol. 2003;4(2):119-124. doi: 10.1046/j.1364-3703.2003.00158.x

48. Noman A., Aqeel M., Irshad M.K., et al. Elicitins as molecular weapons against pathogens: consolidated biotechnological strategy for enhancing plant growth. Crit. Rev. Biotechnol. 2020;40(6):821-832. doi: 10.1080/07388551.2020.1779174

49. Cernadas R.A., Benedetti C.E. Role of auxin and gibberellin in citrus canker development and in the transcriptional control of cell-wall remodeling genes modulated by Xanthomonas axonopodis pv. citri. Plant Sci. 2009;177(3):190-195. doi: 10.1016/j.plantsci.2009.05.006

50. McClerklin S.A., Lee S.G., Harper C.P., et al. Indole-3-acetaldehyde dehydrogenase-dependent auxin synthesis contributes to virulence of Pseudomonas syringae strain DC3000. PLoS Pathog. 2018;14(1):e1006811. doi: 10.1371/journal.ppat.1006811

51. Чесноков Ю.В. Устойчивость растений к патогенам. Сельскохозяйственная биология. 2007;42(1):16-35. https://www.elibrary.ru/hypgcf

52. Игнатов А.Н. Распространение возбудителей опасных бактериозов растений в Российской Федерации. Защита картофеля. 2014;2:53-57. https://www.elibrary.ru/tmmlff

53. Osdaghi E. Curtobacterium flaccumfaciens pv. flaccumfaciens (bacterial wilt of dry beans). CABI Compendium. 2022. doi: 10.1079/cabicompendium.15333

54. Игнатов А.Н., Лазарев А.М., Панычева Ю.С., Проворов Н.А., Чеботарь В.К. Бактериальные патогены картофеля рода Dickeya : мини-обзор по систематике и этиологии заболеваний. Сельскохозяйственная биология. 2018;53(1):123-131. doi: 10.15389/agrobiology.2018.1.123rus https://www.elibrary.ru/ytjoiq

55. Доспехов Б.А. Методика опытного дела. М.: Колос; 1985.