Mycology and PhytopathologyMycology and PhytopathologyМикология и фитопатология0026-36483034-5421The Russian Academy of Sciences69163910.31857/S0026364825050064btawrpPHYTOPATHOGENIC FUNGIГРИБЫ – ВОЗБУДИТЕЛИ БОЛЕЗНЕЙ РАСТЕНИЙResearch ArticleIntegrated approach to early detection of cotton disease resistanceКомплексный подход к ранней диагностике болезнеустойчивости хлопчатникаAkhmedzhanovI. G.АkhmedzhanovИ. Г.iskakhm@mail.ruKhotamovM. M.KhotamovМ. М.mansurhatamov@mail.ruInstitute of Biophysics and Biochemistry at the National University of UzbekistanИнститут биофизики и биохимии при Национальном Университете УзбекистанаInstitute of Genetics and Plant Experimental Biology of the Academy of Sciences of the Republic of UzbekistanИнститут генетики и экспериментальной биологии растений АН РУз15102025595VOL 59, NO5 (2025)ТОМ 59, №5 (2025)40841529092025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0026-3648/article/view/691639

The functional features of the implementation of cotton protective reactions to the most dangerous pathogens, Verticillium dahliae and Fusarium oxysporum, Xanthomonas malvacearum and Rhizoctonia solani – were studied. The hypersensitivity reaction of cotton tissues infected with pathogens was controlled by methods of observing the movement and size of the zone of fluorescent substances and determining the amount of toxic compounds for pathogens – phytoalexins. Infection of cotton with Verticillium dahliae and Fusarium oxysporum already in the first days of incubation led to a bright blue fluorescence that spread upwards towards the growth point of the experimental plants. In cotton infected with Xanthomonas malvacearum and Rhizoctonia solani the color of the fluorescent zones was less intense. The rate of spread through plant tissues, especially at the initial stages of the latent period, was significantly lower. In addition, the content of post-infection inhibitors in the tissues of xylem vessels of cotton infected with gummosis and root rot was recorded at a significantly lower level compared to the experimental plants infected with Fusarium and Verticillium wilt. On the 20th day of incubation, a significant increase in the total content of phytoalexins was noted in experimental cotton plants infected with root rot and gummosis, but the amount of the main phytoalexin – isohemigossypol in the tissues of these plants reached only 50% of the level of samples infected with Fusarium and Verticillium wilt. A comparative analysis of the effect of the studied pathogens on the intensity of the hypersensitivity reaction and the parameters of chlorophyll fluorescence induction indicate the possibility of using these methods at the initial stages of the incubation period in infected plant tissues for early detection of cotton disease resistance. The establishment of a positive correlation between the results of fluorescent analysis and the indicators of the effectiveness of the hypersensitivity reaction indicate the advisability of an integrated approach to assessing the resistance of cotton to pathogens.

Исследованы функциональные особенности реализации защитных реакций хлопчатника к наиболее опасным заболеваниям – вертициллезному и фузариозному вилту, гуммозу и корневой гнили. Эффективность реакции сверхчувствительности инфицированных фитопатогенами тканей хлопчатника контролировали методами наблюдения за продвижением и величиной зоны флуоресцирующих веществ и определения количества в них токсических для возбудителей болезней соединений – фитоалексинов. Инфицированние хлопчатника Verticillium dahliae и Fusarium oxysporum уже в первые дни инкубации приводило к ярко-голубой флуоресценции, которая распространялась вверх по направлению к точке роста опытных растений, а у хлопчатника, зараженного Xanthomonas malvacearum и Rhizoctonia solani окраска флуоресцирующих зон имела менее интенсивный характер и скорость распространения по тканям растений, особенно на начальных стадиях латентного периода была значительно меньше. Кроме того, содержание постинфекционных ингибиторов в тканях ксилемных сосудов хлопчатника, инфицированного гуммозом и корневой гнилью, фиксировалось на значительно меньшем уровне по сравнению с опытными растениями, зараженными фузариозным и вертициллезным вилтом. На 20-й день инкубации отмечено значительное повышение общего содержания фитоалексинов у опытных растений хлопчатника, зараженных корневой гнилью и гуммозом, однако количество основного фитоалексина – изогемигоссипола в тканях этих растений достигало лишь 50% величины от уровня образцов, зараженных фузариозным и вертициллезным вилтом. Сравнительный анализ влияния изученных патогенов на интенсивность реакции сверхчувствительности и параметры индукции флуоресценции хлорофилла свидетельствуют о возможности применения данных методов на начальных этапах инкубационного периода в зараженных тканях растений для ранней диагностики болезнеустойчивости хлопчатника. Установление положительной корреляции между результатами флуоресцентного анализа и показателями эффективности реакции сверхчувствительности указывают на целесообразность комплексного подхода при оценке устойчивости хлопчатника к болезнетворным организмам.

Fusarium oxysporumGossypium hirsutumRhizoctonia solaniVerticillium dahliaeXanthomonas malvacearumcottondisease resistanceFusarium oxysporumGossypium hirsutuminduced chlorophyll fluorescencephytoalexinsRhizoctonia solaniVerticillium dahliaeXanthomonas malvacearumболезнеустойчивостьиндуцированная флуоресцентная хлорофиллафитоалексиныхлопчатникAdamakis I. D.S., Sperdouli I., Hanć A. et al. Rapid hormetic responses of photosystem II photochemistry of clary sage to cadmium exposure. Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 1–21. https://doi.org/10.3390/ijms22010041Ahmed S., Kovinich N. Regulation of phytoalexin biosynthesis for agriculture and human health. Phytochemistry Rev. 2021. https://doi.org/10.1007/s11101–020–09691–8Ahuja I., Kissen R., Bones A. M. Phytoalexins in defense against pathogense. Trends Plants Sci. 2012. V. 17 (2). P. 73–90.Akhmedzhanov I. G., Agishev V. S., Dzholdasova K. B. et al. The use of a portable fluorimeter to study the effect of water deficit on the characteristics of delayed fluorescence of cotton leaves. Doklady Akademii nauk Uzbekistana. 2013. N3. P. 58–60. (In Russ.).Arruda R. L., Paz A. T.S., Bara M. T.F. et al. An approach on phytoalexins: function, characterization and biosynthesis in plants of the family Poaceae. Ciencia Rural. 2016. V. 46 (7). P. 1206–1216.Avazkhodzhaev M., Zeltzer S. S., Nuritdinova H., Raviprakashi G. D. Phytoalexins as a factor in Wilt Resistance of Cotton. In: Handbook of phytoalexin metabolism and action. Marcel Dekker Inc., N.Y.; Basel, 1995, pp. 129–160.Avazkhodzhaev M., Zeltser S. S. Physiological factors of cotton wilt resistance. FAN, Tashkent, 1980. (In Russ.).Avazkhodzhaev M., Agaev G. M. The informativeness of the hypersensitivity reaction in the functioning of immunological control in cotton. Uzbek. biol. zh. 2005. № 5. P. 30–34. (In Russ.).Babar A., Saleem M., Khan M. B. et al. Early detection of stripe rust infection in wheat using light-induced fluorescence spectroscopy. Photochem. Photobiol. Sci. 2023. V. 1. P. 115–134. https://doi.org/10.1007/s43630-022-00303-2Babar M. A., Saleem M., Hina A. et al. Chlorophyll as bioma- rker for early disease diagnosis. Laser Physics. 2018. V. 28 (6). P. 58–63.Belov M. L., Fedotov Yu.V., Bullo O. A. et al. Laser fluorescence diagnostics of plant conditions. Moscow State Technical University, Moscow, 2017. (In Russ.).Cardoni M., Quero J. L., Villar R. et al. Physiological and structural responses of olive leaves related to tolerance/susceptibility to Verticillium dahliae. Plants. 2022. V. 11 (17). P. 2302–2321. https://doi.org/10.3390/plants11172302Chilakala A. R., Mali K. V., Irulappan V. et al. Combined drought and heat stress influences the root water relation and determine the dry root rot disease development under field conditions: A study using contrasting chickpea genotypes. Front. Plant Sci. Sec. Plant Abiotic Stress. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.890551Dospekhov B. A. Field experiment technique (with the basics of statistical processing of research results). Agropromizdat, Moscow, 1985. (In Russ.).Gulmurodova S., Sattarova R., Avazov S. et al. Fungal diseases of cotton and measures against them. Society and innovations. 2020. V.1 (1). P. 39–45. https://inscience.uz/index.php/socinov/indexGupta A., Hisano H., Hojo Y. et al. Global profiling of phytohormone dynamics during combined drought and pathogen stress in Arabidopsis thaliana reveals ABA and JA as major regulators. Scientific Rep. 2020. V. 7 (1). P. 1–13.Gurova T. А., Chesnochenko N. E. Chlorophyll fluorescence of wheat leaves when infected with Bipolaris sorokiniana, chloride salinity and seed hyperthermia. Siberian Herald of Agricultural Science. 2023. V. 52 (6). P. 12–28. (In Russ.).Hammerschmidt R. Phytoalexins: What have we learned after 60 years? Ann. Rev. Phytopathol. 1999. N37. P. 285–306.Heath M. C. Hypersensitive response-related death. Plant Molec. Biol. 2000. V. 44. P. 321–334.Karademira E., Karademira Ç., Ekincia R. et al. Effect of Verticillium dahliae Kleb on cotton yield and fiber technological properties. Int. J. Plant Prod. 2012. V. 6 (4). P. 1735–6814.Khan М. А. Laboratory guide for bacterial plant pathology. University of Agriculture, Faisalabad, 2012.Khasanov В. А. Cotton wilt and current identification methods of identification of Fusarium spp. Publishing House of Tashkent State Agrarian University, 2017. (In Russ.).Khotamov M. M., Agishev V. S., Akhmedzhanov I. G. Influence of Verticillium wilt infection on the functional activity of the cotton photosynthetic apparatus. Mikologiya i fitopatologiya. 2020. V. 54 (5). P. 340–346.Khotamov M. M., Akhmedzhanov I. G. Study of Verticillium wilt pathogenesis in different cotton genotypes. Mikologiya i fitopatologiya. 2021. V. 55 (2). P. 148–154.Khotamov M. M., Redzhapova M. M. Resistance of the variety diversity Gossypium hirsutum L. species to Verticillium wilt. Int. J. Innovative Research in Multidisciplinary Field. 2019. V. 5 (5). P. 78–80.Kiran S., Elliatoglu S. S., Ustun A. S. et al. Phytoalexin accumulations in the callus culture of two eggplant genotypes by using Verticillium dahliae Kleb. Elicitor. Int. Forestry Horticult. 2017. V. 3 (3). P. 1–8.Konan Y. K.F., Kouassi K. M., Kouakou K. L. et al. Effect of methyl jasmonate on phytoalexins biosynthesis and induced disease Resistance to Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum in cotton (Gossypium hirsutum L.). Int. J. Agron. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/806439Kuc J. Phytoalexins. Stress metabolism and disease resistance in plants. Ann. Rev. Phytopathol. 1995. N33. P. 275–297.Liu Z., Wang J., Luo S. et al. Effects of Xanthomonas campestris pv. campestris on the photosynthesis of cabbage in the early stage of infection. Scientia Horticulturae. 2024. V. 324 (2). 112620. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112620Matorin D. N., Timofeev N. P., Batakov A. D. et al. Toxic effect of ciprofloxacin on the photosynthesis reactions in microalga Scenedesmus quadricauda (Turp.) Bréb. Theor. Appl. Ecol. 2024. N1. P. 150–155.Metlitskiy L. V., Ozeretskovskaya O. L. How plants protect themselves from diseases. Moscow, 2018. (In Russ.).Nesterenko T. V., Shikhov V. N., Tikhomirov A. A. Fluorescent method for determining the reactivity of the photosynthetic apparatus of plant leaves. Journal of General Biology. 2019. V. 80 (3). P. 187–199.Pascual I., Azcona I., Morales F. et al. Photosynthetic response of pepper plants to wilt induced by Verticillium dahliae and soil water deficit. J. Plant Physiol. 2010. V. 167 (9). P. 701–708.Pedras M. S.C., Chumala P. B., Jin W. et al. The phytopathogenic fungus Alternaria brassicicola: phytotoxin production and phytoalexin elicitation. Phytochemistry. 2009. V. 70. P. 394–402.Pontier D. The hypersensitive response. A programmed cell death associated with plant resistance. C. R. Acad. Sci. J. 1998. V. 321 (9). P. 721–734. https://doi.org/10.1016/s0764-4469(98)80013-9Posudin Yu.I., Godlevska O. O., Zaloilo I. A. et al. Application of portable fluorometer for estimation of plant tolerance to abiotic factors. Int. Agrophysics. 2010. V. 24 (4). P. 363–368.Sharma I., Thakur A., Sharma A. et al. Phytoalexins: implications in plant defense and human health. In: Plant secondary metabolites. 2022. P. 329–353. https://doi.org/10.1007/978-981-16-4779-6_10Shucla P. K., Mishra P., Mishra N. A prospective study on emerging roles of phytoalexins in plant protection. Int. J. Pharma Biol. Sci. 2019. V. 10 (3). P. 186–198.Sinha R., Irulappan V., Patil B. S. et al. Low soil moisture predisposes field-grown chickpea plants to dry root rot disease: evidence from simulation modeling and correlation analysis. Sci. Rep. 2021. V. 11. 6568. https://doi.org/10.1038/s41598-021-85928-6Thakur A., Verma S., Reddy P. V., Sharma D. Hypersensitive responses in plants. Agricultural Rev. 2019. V. 40 (2). P. 113–120. https://doi.org/10.18805/ag.R-1858Tian X., Ruan J., Huang J. et al. Gossypol: phytoalexin of cotton. Sci. China Life Sci. 2016. V. 59 (2). P. 122–129.Tiku A. R. Antimicrobial compound (phytoanticipins and phytoalexins) and their role in plant defense. In: J. M. Merlion, K. Ramawat (eds). Co-evolution of secondary metabolites. Reference series in phytochemistry. Springer, Cham, 2020, pp. 845–868.Авазходжаев М., Зельцер С. С. (Avazkhodzhaev, Zeltser) Физиологические факторы устойчивости хлопчатника к вилту. Ташкент: ФАН, 1980. 22 c.Авазходжаев М., Агаев Г. М. (Avazkhodzhaev, Agaev) Информативность реакции гиперчувствительности в функционировании иммунологического контроля у хлопчатника // Узб. биол. журн. 2005. № 5. С. 30–34.Ахмеджанов И. Г., Агишев В. С., Джолдасова К. Б. и др. (Akhmed- zhanov et al.) Использование портативного флуориметра для изучения влияния водного дефицита на характеристики замедленной флуоресценции листьев хлопчатника // Докл. Акад. наук Узбекистана. 2013. № 3. С. 58–60.Белов М. Л., Федотов Ю. В., Булло О. А. и др. (Belov et al.) Лазерная флуоресцентная диагностика состояния растений. М.: МГТУ им. М. Э. Баумана, 2017. 56 с.Гурова Т. А., Чесноченко Н. Е. (Gurova, Chesnochenko) Флуоресценция хлорофилла листьев пшеницы при поражении Bipolaris sorokiniana, хлоридном засолении и гипертермии семян // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2023. Т. 52. № 6. С. 12–28.Доспехов Б. А. (Dospekhov) Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 360 с.Метлицкий Л. В., Озерецковская О. Л. (Metlitskiy, Ozeretskovskaya) Как растения защищаются от болезней. М.: URSS, 2018. 192 с.