Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-6126The Russian Academy of Sciences64820710.31857/S0015330324040039MODMNQЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleВлияние эндофитных бактерий Bacillus velezensis M66 на транскрипционную активность генов системы рнк-интерференции при развитии защитных реакций против возбудителя фитофтороза Phytophthora infestans (Mont.) de BaryВлияние эндофитных бактерий Bacillus velezensis M66 на транскрипционную активность генов системы рнк-интерференции при развитии защитных реакций против возбудителя фитофтороза Phytophthora infestans (Mont.) de BaryСороканьА. В.
Russian Federation
fourtyanns@googlemail.comГабдрахмановаВ. Ф.
Russian Federation
fourtyanns@googlemail.comМарданшинИ. С.
Russian Federation

Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

fourtyanns@googlemail.comМаксимовИ. В.
Russian Federation
fourtyanns@googlemail.comИнститут биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наукФедеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук0211202471440941728012025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0015-3303/article/view/648207

Изучено влияние штамма бактерий Bacillus velezensis М66 на устойчивость растений картофеля к оомицету Phytophthora infestans (Mont.) de Bary., вызывающему фитофтороз. Впервые показано накопление числа эндофитных бактерий B. velezensis М66 во внутренних тканях растений после инфицирования возбудителем болезни в сравнении с растениями, инокулированными только бактериями. Выявлено значительное сокращение площади поражения фитофторозом вне зависимости от агрессивности используемого штамма патогена. Формирование устойчивости растений под влиянием клеток B. velezensis М66 сопровождалось активацией ингибитора трипсина и пероксидаз, накоплением пероксида водорода и транскриптов генов, кодирующих ингибиторы протеиназ, β-1,3-глюканазу и анионную пероксидазу, а так же снижением уровня транскриптов гена PR1 – маркера развития салицилат-зависимых реакций. По отношению к системе РНК-интерференции было выявлено, что агрессивный штамм P. infestans Sn стимулировал в растениях картофеля накопление транскриптов только гена, кодирующего Dicer-подобный белок (DCL), а менее агрессивный P. infestans 1840 – генов DCL и Ago4. Обработка растений бактериями B. velezensis М66 способствовала накоплению транскриптов гена Ago1 как в здоровых, так и в инфицированных растениях. Инокуляция растений бактериями и последующее инфицирование оомицетом способствовало накоплению транскриптов всех исследованных генов системы РНК-интерференции. Можно полагать, что инокуляция растений клетками эндофитных бактерий штамма B. velezensis M66 способствует формированию устойчивости растений картофеля в отношении оомицета P. infestans посредством эффективного праймирования фитоиммунного потенциала.

Изучено влияние штамма бактерий Bacillus velezensis М66 на устойчивость растений картофеля к оомицету Phytophthora infestans (Mont.) de Bary., вызывающему фитофтороз. Впервые показано накопление числа эндофитных бактерий B. velezensis М66 во внутренних тканях растений после инфицирования возбудителем болезни в сравнении с растениями, инокулированными только бактериями. Выявлено значительное сокращение площади поражения фитофторозом вне зависимости от агрессивности используемого штамма патогена. Формирование устойчивости растений под влиянием клеток B. velezensis М66 сопровождалось активацией ингибитора трипсина и пероксидаз, накоплением пероксида водорода и транскриптов генов, кодирующих ингибиторы протеиназ, β-1,3-глюканазу и анионную пероксидазу, а так же снижением уровня транскриптов гена PR1 – маркера развития салицилат-зависимых реакций. По отношению к системе РНК-интерференции было выявлено, что агрессивный штамм P. infestans Sn стимулировал в растениях картофеля накопление транскриптов только гена, кодирующего Dicer-подобный белок (DCL), а менее агрессивный P. infestans 1840 – генов DCL и Ago4. Обработка растений бактериями B. velezensis М66 способствовала накоплению транскриптов гена Ago1 как в здоровых, так и в инфицированных растениях. Инокуляция растений бактериями и последующее инфицирование оомицетом способствовало накоплению транскриптов всех исследованных генов системы РНК-интерференции. Можно полагать, что инокуляция растений клетками эндофитных бактерий штамма B. velezensis M66 способствует формированию устойчивости растений картофеля в отношении оомицета P. infestans посредством эффективного праймирования фитоиммунного потенциала.

Bacillus velezensisPhytophthora infestansкартофельпро-/антиоксидантная системаРНК-интерференцияэндофитыфитоиммунитетРоссийский научный фондRussian Science Foundation24-26-00025

1Дополнительные материалы размещены в электронном виде по DOI статьи: 10.31857/S0015330324040039

Wu X., Wang Z., Zhang R., Xu T., Zhao J., Liu Y. Diversity of endophytic bacteria in hybrid maize seeds and Bacillus mojavensis J2416-7 may be capable of vertical transmission // Arch. Microbiol. 2022. V. 204. P. 213. https://doi.org/10.1007/s00203-022-02824-xKim J.A., Song J.S., Kim P.I., Kim D.H., Kim Y. Bacillus velezensis TSA32-1 as a promising agent for biocontrol of plant pathogenic fungi // J. Fungi (Basel). 2022. V. 8. P. 1053. https://doi.org/10.3390/jof81010532Guo Q., Sun Y., Ji C., Kong Z., Liu Z., Li Y., Li Y., Lai H. Plant resistance to tomato yellow leaf curl virus is enhanced by Bacillus amyloliquefaciens Ba13 through modulation of RNA interference // Front. Microbiol. 2023. V. 14. P. 1251698. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1251698Shi Z., Hong W., Wang Q. Complete genome resource of Bacillus velezensis J17-4, an endophyte isolated from stem tissues of rice // Plant Dis. 2022. V. 106. P. 727. https://doi.org/10.1094/PDIS-05-21-0996-ACheffi M., Bouket A.C., Alenezi F.N., Luptakova L., Belka M., Vallat A., Rateb M.E., Tounsi S., Triki M.A., Belbahri L. Olea europaea L. root endophyte Bacillus velezensis OEE1 counteracts oomycete and fungal harmful pathogens and harbours a large repertoire of secreted and volatile metabolites and beneficial functional genes // Microorganisms. 2019. V. 7. P. 314. https://doi.org/10.3390/microorganisms7090314Sorokan A., Benkovskaya G., Burkhanova G., Blagova D., Maksimov I. Endophytic strain Bacillus subtilis 26DCryChS producing Cry1Ia toxin from Bacillus thuringiensis promotes multifaceted potato defense against Phytophthora infestans (Mont.) de Bary and pest Leptinotarsa decemlineata Say // Plants. 2020. V. 9: 1115. https://doi.org/10.3390/plants9091115Coles D.W., Bithell S.L., Mikhael M., Cuddy W.S., Plett J.M. Chickpea roots undergoing colonisation by Phytophthora medicaginis exhibit opposing jasmonic acid and salicylic acid accumulation and signaling profiles to leaf hemibiotrophic models // Microorganisms. 2022. V. 10: 2. P. 343. https://doi.org/10.3390/microorganisms10020343Li N., Han X., Feng D., Yuan D., Huang L.-J. Signaling crosstalk between salicylic acid and ethylene/jasmonate in plant defense: do we understand what they are whispering? // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. P. 671. https://doi.org/10.3390/ijms20030671Huang S., Zhang X., Fernando W.G.D. Directing trophic divergence in plant-pathogen interactions: antagonistic phytohormones with NO doubt? // Front. Plant Sci. 2020. V. 11: 600063. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.600063Fire A., Xu S., Montgomery M.K., Kostas S.A., Driver S.E., Mello C.C. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans // Nature. 1998. V. 391: 6669. P. 806. https://doi.org/10.1038/35888Maksimov, I.V., Shein, M.Y. & Burkhanova, G.F. RNA Interference in plant protection from fungal and oomycete infection // Appl. Biochem. Microbiol. 2022. V. 58. P. 16–31. https://doi.org/10.1134/S000368382210106Jahan S.N., Åsman A.K., Corcoran P., Fogelqvist J., Vetukuri R.R., Dixelius C. Plant-mediated gene silencing restricts growth of the potato late blight pathogen Phytophthora infestans // J. Exp. Bot. 2015. V. 66. P. 2785. https://doi.org/10.1093/jxb/erv094Sanju S., Siddappa S., Thakur A., Shukla P.K., Srivastava N., Pattanayak D., Sharma S., Singh B.P. Host-mediated gene silencing of a single effector gene from the potato pathogen Phytophthora infestans imparts partial resistance to late blight disease // Funct. Integr. Genomic. 2015. V. 15. P. 697. https://doi.org/10.1007/s10142-015-0446-zQiao Y., Liu L., Xiong Q., Flores C., Wong J., Shi J., Wang X., Liu X., Xiang Q., Jiang S., Zhang F. Oomycete pathogens encode RNA silencing suppressors // Nat. Genet. 2013. V. 45. P. 330. https://doi.org/10.1038/ng.2525Gui X., Zhang P., Wang D., Ding Z., Wu X., Shi J., Shen Q-H., Xu Y-Z., Ma W., Qiao Y. Phytophthora effector PSR1 hijacks the host pre-mRNA splicing machinery to modulate small RNA biogenesis and plant immunity // Plant Cell. 2022. V. 34: 9. P. 3443. https://doi.org/10.1093/plcell/koac176Hou Y., Zhai Y.I., Feng L.I., Karimi H.Z., Rutter, B.D., Zeng L., Choi D.S., Zhang B., Gu W., Chen X., Ye W., Innes R.W., Zhai J., Ma W. A Phytophthora effector suppresses trans-kingdom RNAi to promote disease susceptibility // Cell Host Microbe. 2019. V. 25. P. 153. https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.11.007de Vries S., von Dahlen J.K., Uhlmann C., Schnake A., Kloesges T., Rose L.E. Signatures of selection and host‐adapted gene expression of the Phytophthora infestans RNA silencing suppressor PSR2 // Mol. Plant Pathol. 2017. V. 18. P. 110. https://doi.org/10.1111/mpp.12465Xiong Q., Ye W., Choi D., Wong J., Qiao Y., Tao K., Wang Y., Ma W. Phytophthora suppressor of RNA silencing 2 is a conserved RxLR effector that promotes infection in soybean and Arabidopsis thaliana // Mol. Plant Microbe Interact. 2014. V. 27. P. 1379. https://doi.org/10.1094/MPMI-06-14-0190-RVetukuri R.R., Whisson S.C., Grenville-Briggs L.J. Phytophthora infestans effector Pi14054 is a novel candidate suppressor of host silencing mechanisms // Eur. J. Plant Pathol. 2017. V. 149. P. 771. https://doi.org/10.1007/s10658-017-1222-9Parperides E., El Mounadi K., Garcia‐Ruiz H. Induction and suppression of gene silencing in plants by nonviral microbes // Mol. Plant Pathol. 2023. V. 24. P. 1347. https://doi.org/10.1111/mpp.13362Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures // Physiol. Plant. 1962. V. 15. P. 473. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xКаталог штаммов и изолятов коллекции эндофитных микроорганизмов ИБГ УФИЦ РАН (2018), Уфа. http://ibg.anrb.ru/wp-content/uploads/2019/04/Katalog-endofit.docСорокань А.В., Бурханова Г.Ф., Алексеев В.Ю., Максимов И.В. Влияние совместной обработки эндофитным штаммом бактерий Bacillus thuringiensis B-5351 и салициловой кислотой на устойчивость растений картофеля к Phytophthora infestans (Mont.) de Bary // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. № 53. С. 109. https://doi.org/10.17223/19988591/53/6Nowicki M., Foolad M.R., Nowakowska M., Kozik E.U. Potato and tomato late blight caused by Phytophthora infestans: an overview of pathology and resistance breeding // Plant Dis. 2012. V. 96(1). P. 4-17. https://doi.org/10.1094/PDIS-05-11-0458.Kumawat K.C., Razdan N., Saharan K. Rhizospheric microbiome: bio-based emerging strategies for sustainable agriculture development and future perspectives // Microbiol. Res. 2022. V. 254: 126901. https://doi.org/10.1016/j.micres.2021.126901Sorokan A., Burkhanova G., Gordeev A., Maksimov I. Exploring the role of salicylic acid in regulating the colonization ability of Bacillus subtilis 26D in potato plants and defense against Phytophthora infestans // Int. J. Plant Biol. 2023. V. 14. P. 242. https://doi.org/10.3390/ijpb14010020Huang Ch.-Y., Wang H., Hu P., Hamby R., Jin H. Small RNAs ‒ big players in plant-microbe interactions // Cell Host Microbe. 2019. V. 26. P. 173. https://doi.org/10.1016/j.chom.2019.07.021Zhang D., Liu M., Tang M., Dong B., Wu D., Zhang Z., Zhou B. Repression of microRNA biogenesis by silencing of OsDCL1 activates the basal resistance to Magnaporthe oryzae in rice // Plant Sci. 2015. V. 237. P. 24. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.05.002Cao J.Y., Xu Y.P., Li W., Li S.S., Rahma, H., Cai X.Z. Genome-wide identification of Dicer-like, Argonaute, and RNA-dependent RNA polymerase gene families in Brassica species and functional analyses of their Arabidopsis homologs in resistance to Sclerotinia sclerotiorum // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 1614. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01614Pradhan M., Pandey P., Baldwin I.T., Pandey S.P. Argonaute4 modulates resistance to Fusarium brachygibbosum infection by regulating jasmonic acid signaling // Plant Physiol. 2020. V. 184. P. 1128. https://doi.org/10.1104/pp.20.00171Luan Y., Cui J., Li J., Jiang N., Liu P., Meng J. Effective enhancement of resistance to Phytophthora infestans by overexpression of miR172a and b in Solanum lycopersicum // Planta. 2018. V. 247. P. 127. https://doi.org/10.1007/s00425-017-2773-x