doi: 10.15389/agrobiology.2025.1.153rus
УДК 633.491:632.3/.4:581.2:581.19
Работа поддержана грантом РНФ № 23-26-10020.
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЛИСТЬЯХ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ПОРАЖЕНИИ ВИРУСОМ М И ГРИБОМ Alternaria solani
О.А. РОЗЕНЦВЕТ1 ✉, Е.С. БОГДАНОВА1, В.Н. НЕСТЕРОВ1,
Н.А. САБЛИНА1, А.Л. БАКУНОВ2, А.В. МИЛЕХИН2
Грибы и вирусы, вызывающие болезни растений, становятся причиной значительного снижения урожайности картофеля. Симптомы инфекционных болезней различаются в зависимости от типа заражения. Гриб Alternaria solani Sorauer — возбудитель альтернариоза, или сухой пятнистости картофеля, образует на листьях вначале очень мелкие, а затем разрастающиеся концентрическими кольцами некрозы. Один из распространенных вирусных возбудителей заболеваний картофеля вирус М (potato virus M, PVM) вызывает деформацию листьев в виде скручивания и морщинистости. Во многие клеточные процессы при инфицировании вовлечены биологические мембраны, представляющие собой важные составляющие растительных клеток. В настоящем исследовании впервые установлены сходства и различия структурно-функциональных изменений в листьях картофеля при инфицировании вирусом М и грибом A. solani. Цель работы состояла в оценке изменений структуры тканей, хлоропластов, липидного профиля мембран и окислительно-восстановительного потенциала листьев картофеля при инфицировании вирусом М и грибом Alternaria solani. Среднеранний сорт картофеля Тана выращивали на опытном поле Самарского НИИ сельского хозяйства им. Н.М. Тулайкова (Самарская обл.) в 2022-2023 годах. Клубни растений высаживали во II декаде мая в четырех повторностях по 50 растений в каждой. Картофель выращивали без орошения и внесения удобрений при естественном освещении. Листья отбирали в начале цветения растений на естественном фоне заражения. Диагностику фитопатогенов осуществляли в полевых условиях визуально, затем подтверждали методом ПЦР. Образцы включали незараженные листья (контроль), а также пораженные латентным вирусом М и грибом A. solani. Для определения морфологических параметров листа отбирали высечки из свежих листьев с 3-4 растений и фиксировали в 3,5 % растворе глутарового альдегида в стандартном фосфатном буфере (рН 7,4). Параметры листа — структурные характеристики мезофилла, число устьиц, число и размеры хлоропластов — определяли с помощью микроскопа B-500TPL («Optika S.r.l.», Италия), оснащенного камерой С-P20. Для биохимических анализов собирали свежие листья, объединяли в общую массу для каждого опытного варианта, формировали три навески по 0,5-1,0 г и до проведения аналитических работ хранили их в жидком азоте. Физиологические и биохимические методы включали определение сухой массы листа, количества фотосинтетических пигментов, белков, липидов и жирных кислот, продуктов перекисного окисления липидов и низкомолекулярных антиоксидантов. Установлено, что вирус M вызывал деформацию листьев, а A. solani — некроз тканей. Внутренняя архитектура листьев, пораженных патогенами, характеризовалась плотным сложением губчатой паренхимы, меньшим межклеточным пространством, изменением структуры хлоропластов. Выявлено снижение количества фотосинтетических пигментов (хлорофиллы a и b, каратиноиды) в листьях, особенно при действии A. solani, в 1,7-2 раза. Установлена специфичность влияния инфекций на окислительно-восстановительный потенциал и состояние мембран: под воздействием A. solani уровень маркера окислительных процессов малондиальдегида (МДА) повышался с 0,18 до 0,37 мкмоль/г сухой массы, концентрация свободного пролина снижалась c 10 до 1,6 мкг/г сухой массы (примерно в 5 раз), водорастворимых фенольных соединений — с 128 до 95,0 мг/г сухой массы (в 1,4 раза). Вирус М не оказывал влияния на содержание МДА, но вирусная инфекция приводила к снижению количества мембранных белков на 35 %. При заражении A. solani выявлено уменьшение индекса ненасыщенности жирных кислот липидов с 1,8 до 1,5.
Ключевые слова: Solanum tuberosum, белки, жирные кислоты, липиды, перекисное окисление липидов, пигменты, свободный пролин, фенольные соединения, фитопатогены.
O.A. Rozentsvet1 ✉, E.S. Bogdanova1, V.N. Nesterov1,
N.A. Sablina1, A.L. Bakunov2, ;A.V. Milekhin2
Fungi and viruses that cause plant diseases lead to a significant reduction in potato yields. The symptoms of infectious diseases differ depending on the type of infection. The fungus Alternaria solani Sorauer, the causative agent of dry spot disease of potato, forms necroses on leaves, first very small and then growing in concentric rings. One of the common viral pathogens of potato the potato virus M (PVM) causes leaf deformations (twisting and wrinkling). Many cellular processes in infection involve biological membranes, which are important constituents of plant cells. In the present study, similarities and differences in structural and functional changes in potato leaves during PVM and A. solani infections were established for the first time. The aim of the work was to evaluate changes in tissue structure, chloroplasts, membrane lipid profile and redox potential of potato leaves during infection with PVM and A. solani. The med-early potato variety Tana was grown in the experimental field of the Tulaikov Samara Research Institute of Agriculture (Samara Province) in 2022-2023. Tubers were planted in the second decade of May in four replications of 50 plants each. Potatoes were grown without irrigation and fertilization under natural light. Leaves were sampled at the beginning of flowering under natural infection load. Diagnosis of plant pathogens was carried out in the field visually and then confirmed by PCR. Samples included uninfected leaves (control) as well as those infected with latent PVM and the fungus A. solani. To determine the morphological parameters of the leaf, cuttings were taken from fresh leaves of 3-4 plants and fixed in a 3.5 % glutaraldehyde in a standard phosphate buffer (pH 7.4). Leaf parameters (structural characteristics of the mesophyll, number of stomata, number and size of chloroplasts) were measured using a microscope equipped with a C-P20 camera (B-500TPL, Optika S.r.l., Italy). For biochemical analyzes, fresh leaves were collected, combined into a joined sample, three 0.5-1.0 g specimens were formed and stored in liquid nitrogen until assays. Physiological and biochemical analyses included determination of leaf dry weight, the amount of photosynthetic pigments, proteins, lipids and fatty acids, lipid peroxidation products and low molecular weight antioxidants. It was established that the PVM causes leaf deformation, and A. solani causes tissue necrosis. The internal architecture of leaves affected by pathogens has dense spongy parenchyma, smaller intercellular space, and changes in the structure of chloroplasts. Wt revealed a 1.7-2-fold decrease for photosynthetic pigments (chlorophylls a and b, carotenoids) in leaves, especially under the action of A. solani. We also established the specificity of the effect of infections on redox potential and membrane state. Under the influence of A. solani, the level of malondialdehyde (MDA) as a marker of oxidative processes increased from 0.18 to 0.37 μmol/g dry weight, the concentration of free proline decreased approx. 5 times from 10 to 1.6 μg/g dry weight and water-soluble phenolic compounds decreased 1.4 times from 128 to 95.0 mg/g dry weight. PVM had no effect on MDA content, but resulted in a 35 % decrease in membrane protein content. The fatty acid (FA) composition of lipids during A. solani infection showed a decrease in the FA unsaturation index from 1.8 to 1.5.
Keywords: Solanum tuberosum, proteins, fatty acids, lipids, lipid peroxidation, pigments, free proline, phenolic compounds, phytopathogens.
1Самарский федеральный исследовательский центр РАН, 2Самарский федеральный исследовательский центр РАН, |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
