На двух сортах озимой пшеницы – Подолянка и Фаворитка урожаев 2013–2017 гг. изучена взаимосвязь чувствительности к заражению фитопатогенами и динамики его развития с различием в эпигеноме растений, которое оценивается по профилям метилирования ДНК. Показано, что быстро прорастающие проростки пшеницы сорта Подолянка, в отличие от медленно прорастающих проростков, проявляют высокую болезнеустойчивость. Такой эффект не наблюдается на растениях пшеницы сорта Фаворитка. Оценка изменений эпигенетического расстояния изученных сортов по годам свидетельствует об устойчиво высоких значениях этого показателя у сорта Подолянка и устойчиво низких у сорта Фаворитка. Обсуждаются вопросы о связи эпигенетических различий растений с их индивидуальной чувствительностью к фитопатогенам, а эпигенетического полиморфизма, характерного для сорта – с разнообразием стратегий неспецифической устойчивости и биоразнообразием монопосевов сельскохозяйственных культур.
РЕЗЮМЕ. На двох озимих сортах пшениці – Подолянка і Фаворитка врожаїв 2013–2017 рр. вивчено зв'язок чутливості до зараження фітопатогенами і динаміки його розвитку із різницею епігеному рослин. Показано, що проростки пшениці сорту Подолянка, що проростають швидко, проявляють значно вищу стійкість у порівнянні з проростками, що проростають повільно. Таку різну чутливість до зараження фитопатогенами не проявляють рослини пшениці сорту Фаворитка. Оцінка змін епігенетичної відстані вивчених сортів по роках свідчить про стійко високі значення цього показника у сорту Подолянка і стійко низькі у сорту Фаворитка. Обговорюється роль епігеному рослин у визначенні індивідуальної чутливості до зараження та зв'язок епігенетичного поліморфізму в межах сорту з різноманіттям стратегій неспецифічної стійкості і формування біорізноманіття у моно посівах .
Ключові слова: метилирование ДНК, эпигенетический полиморфизм, фитопатогены, иммунитет растений
метилування ДНК, епігенетичний поліморфізм, фітопатогени, імунітет рослин
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
1. Savary, S., Ficke, S., Aubertot, A., and Hollier, C., Crop losses due to diseases and their implications for global food production losses and food security, Food Security, 2012, vol. 4, pp. 519–537. https://doi.org/10.1007/s12571-012-0200-5
2. Wheeler, T. and von Braun, J., Climate change impacts on global food security, Science, 2013, vol. 341, pp. 508–513. https://doi.org/10.1126/science.1239402
3. Powell, J.J., Carere, J., Fitzgerald, T.L., Stiller, J., Covarelli, L., Xu, Q., Gubler, F., Colgrave, M.L., Gardiner, D.M., Manners, J.M., Henry, R.J., and Kazan, K., The Fusarium crown rot pathogen Fusarium pseudograminearum triggers a suite of transcriptional and metabolic changes in bread wheat (Triticum aestivum L.), Ann. Bot. 2017, vol. 119, no. 5, pp. 853–867. https://doi.org/10.1093/aob/mcw207
4. Cheng, Ch., Gao, X., Feng, B., Sheen, J., Shan, L., and He, P., Plant immune response to pathogens differs with changing temperatures, Nat. Commun., 2013, vol. 4, pp. 30–35. https://doi.org/10.1038/ncomms3530
5. Hua, J., Modulation of plant immunity by light, circadian rhythm, and temperature, Curr. Opin. Plant Biol., 2013, vol. 16, pp. 406–413. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2013.06.017
6. Velásquez, A., Castroverde, C., Danve, C., Velásquez, A.C., Castroverde, M., and Yang He, Sh., Plant-pathogen warfare under changing climate conditions, Curr. Biol., 2018, vol. 28, no. 10, pp. 350–370. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.03.054
7. Chakraborty, S., Migrate or evolve: options for plant pathogens under climate change, Glob. Chang. Biol., 2013, vol. 19, pp. 1985–2000. https://doi.org/10.1111/gcb.12205
8. Granke, L.L. and Hausbeck, M.K., Effects of temperature, humidity, and wounding on development of Phytophthora rot of cucumber fruit, Plant Dis., 2010, vol. 94, pp. 1417–1424. https://doi.org/10.1094/PDIS-04-10-0258
9. Juroszek, P. and von Tiedemann, A., Potential strategies and future requirements for plant disease management under a changing climate, Plant Pathol., 2011, vol. 60, pp. 100–112. https://doi.org/10.1094/PDIS-04-10-0258
10. Wang, Y., Bao, Z., Zhu, Y., and Hua, J., Analysis of temperature modulation of plant defense against biotrophic microbes, Mol. Plant Microbe Interact., 2009, vol. 22, pp. 498–506. https://doi.org/10.1094/MPMI-22-5-0498
11. Jones, J.D.G. and Dangl, J.L., The plant immune system, Nature, 2006, vol. 444, pp. 323–329. https://doi.org/10.1094/MPMI-22-5-0498
12. Katagiri, F., Tsuda, K., Understanding the plant immune system. Mol. Plant-Microbe Inter. 2010, vol. 23, no. 12, pp. 1531–6. https://doi.org/10.1094/MPMI-04-10-0099
13. Doughari, J.H., An Overview of Plant Immunity. Plant Pathol. Microbiol. 2015, vol. 6, no. 11, pp. 312–23.https://doi.org/10.4172/2157-7471.1000322
14. Dodds, P.N., Rathjen, J.P., Plant immunity: towards an integrated view of plant–pathogen interactions. Nat. Rev. Genet. 2010, vol. 11, pp. 539–48
15. Neil, R., Miller, G., Sergio, G., and Van Sluys, M.-A., Plant immunity: unraveling the complexity of plant responses to biotic stresses. Ann. Bot. 2017, vol. 119, no. 5, pp. 681–7. https://doi.org/10.1093/aob/mcw284
16. Kushalappa, A.C., Yogendra, K.N., and Karre, S., Plant Innate Immune Response: Qualitative and Quantitative Resistance. Critical Rev. Plant Sci. 2016, vol. 35, no. 1, pp. 38–57. https://doi.org/10.1 080/07352689.2016.1148980
17. Sokolova, D.A., Vengzhen, G.S., and Kravets A.P., The Effect of DNA Modification Polymorphism of Corn Seeds on Their Germination Rate, Seedling Resistance and Adaptive Capacity under UV-C Exposure. Am. J. Plant Biol. 2014, vol. 1, no. 1, pp. 1–14
18. Kravets, O.P., Sokolova, D.O., Berestyana, A.M., Shnurenko, O.R., Bannikova, M.O., Morgun, B.V., Kuchuk, M.V., Grodzinsky, D.M., Correlation between ecological plasticity of elite winter wheat varieties and DNA methylation pattern polymorphism within variety. Sci. Innov. 2016, vol. 12, no. 2, pp. 50–9. https://doi.org/10.15407/scine12.02.050
19. Koshkin, E.I., Agricultural plants’ physiology of resistance. MoscDROFA Published House, 2010, 638 p.
20. Kravets, A.P., Sokolova, D.A., Evaluation of Factors Indicating Epigenetic Polymorphism through Population of Maize Seedlings. Cytol. Genet. 2018, vol. 52, no. 3, pp. 174–8. https://doi.org/10.3103/s0095452718030088