Daucus carota in vitro modeļsistēmas pielietojums augu sistēmisko imūnatbilžu un starp-augu signālu pētījumos

Abstract

Arbuskulārās mikorizas veidojošo sēņu un sauszemes augu simbioze ir plaši pētīta augu minerālās barošanās fizioloģijā un ekoloģijā. Papildus šai funkcijai zināms, ka mikorizas sēnes spēj savienot augu sakņu sistēmas vienotā tīklā. Tomēr līdz šim nav veikti daudz pētījumu par šī tīkla spēju iniciēt augu sistēmiski iegūtās rezistences un aizsargreakcijās iesaistīto endogēnu ekspresiju un molekulāro signālu pārnesi. Šajā darbā izmantoja in vitro augu kultūras, lai pārbaudītu pazemes sēņu savienojuma lomu augu imūnatbilžu reakciju veidošanā un potenciālu iniciēt aizsargreakcijas pret stresa izraisītājiem kaimiņaugos. Darbu veica ar mērķi noskaidrot augu jasmonskābes un salicilskābes-mediēto imūnatbildēs iesaistīto proteīnu, enzīmu un transkripcijas faktoru kodējošo gēnu ekspresijas izmaiņas ar arbuskulārās mikorizas sēnes Rhizophagus irregularis kolonizētās un savienotās, un ar Rhizobium rhizogenes (iepriekš Agrobacterium rhizogenes) transformētos in vitro burkāna (Daucus carota) sakņu kultūrās pēc 24 stundu audu stimulācijas ar biotiskā stresa izraisītājiem. Darbā noteica bakteriālā flagelīna peptīda un mehānisko audu savainojumu ietekmi uz augu imūnatbildēs iesaistīto gēnu LOX2, MYC2, MYB, PR1, PAD4 un FRK1 ekspresiju, kā arī R. irregularis ietekmi uz minēto mērķa gēnu ekspresiju lokālos, sistēmiskos un kaimiņauga audos. Noskaidroja, ka pēc 24 stundu stimulācijas ar elicitoriem, individuālu mērķa gēnu LOX2, MYC2, MYB, PR1, PAD4 un FRK1 ekspresijai ir tendence palielināties ar stresoriem elicitētos audos salīdzinājumā ar kontroli. Turklāt mikorizas sēnes R. irregularis kolonizācija būtiski palielina marķiergēnu ekspresijas stiprumu D. carota sakņu audos pēc to 24 stundu stimulācijas ar flagelīnu un mehānisku savainojumu salīdzinājumā ar ūdens kontrolēm nemikorizētos D. carota sakņu audos. Šie dati atbalsta zinātnisko hipotēzi par mikorizas sēnes iesaisti starp-augu signālu ģenerēšanā un uztveršanā, paverot iespējas tālākai šo signālu mehānismu izpētei un patogēnu noturības eksperimentiem nākotnē.

The symbiosis of arbuscular mycorrhizal fungi and terrestrial plants has been extensively studied in the physiology and ecology of plant mineral nutrition. In addition to this function, mycorrhizal fungi are known to be able to connect plant root systems into a single network. However, not much research has been done so far on the ability of this network to initiate the endogenous expression and molecular signal transduction involved in plant systemically acquired resistance and defense responses. In this work, in vitro plant cultures were used to examine the role of the subterranean fungal compound in shaping plant immune responses and the potential to initiate defense responses against stressors in neighboring plants. The work was carried out with the aim of finding out the changes in the expression of genes encoding proteins, enzymes and transcription factors involved in plant jasmonic acid and salicylic acid-mediated immune responses in carrot (Daucus carota) hairy-root cultures colonized and connected with the arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis and transformed with Rhizobium rhizogenes (formerly Agrobacterium rhizogenes) after 24 hours of stimulation with biotic stress agents. The work determined the effects of bacterial flagellin peptide and mechanical tissue wounding on the expression of LOX2, MYC2, MYB, PR1, PAD4 and FRK1 genes involved in plant immune responses, as well as the effect of R. irregularis on the expression of mentioned target genes in local, systemic and neighboring plant tissues. It was found that the expression of individual target genes LOX2, MYC2, MYB, PR1, PAD4 and FRK1 tended to increase in stressor-elicited tissues compared to controls after 24 hours of stimulation with elicitors. Furthermore, colonization by the mycorrhizal fungus R. irregularis significantly increases the strength of marker gene expression in D. carota root tissues after 24 hours of stimulation with flagellin and mechanical wounding compared to water controls in non-mycorrhizal D. carota hairy-root tissues. These data support the scientific hypothesis of the involvement of mycorrhizal fungi in the generation and reception of inter- plant signals, opening us opportunities for further investigation of these signaling mechanisms and pathogen resistance experiments in the future.