Межі мелатоніну пом’якшують пізній запалення картоплі, порушуючи ріст клітин, толерантність до стресу,
Взаємодії рослинних патогенів
Редаговано
Єнс Стаал
Гентський університет, Бельгія
Переглянуто
Сьюзен Брін
Школа наук про життя, Факультет природничих наук, Університет Уоріка, Великобританія
Ченлун Лю
Техаський університет A&M, США
Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.
- Завантажити статтю
- Завантажте PDF
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Додаткові
Матеріал
- Експортне посилання
- EndNote
- Довідковий менеджер
- Простий текстовий файл
- BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА
СТАТТЯ Оригінального дослідження
- 1 Школа наук про життя Чунцинського університету, Чунцин, Китай
- 2 Школа основних медичних наук, Північно-провінційний медичний коледж, Наньчжун, Китай
- 3 Кафедра клітинної та структурної біології Техаського університету охорони здоров'я в Сан-Антоніо, штат Техас, США
- 4 Коледж агрономії та біотехнологій, Південно-Західний університет, Чунцин, Китай
- 5 Інститут біотехнологій рослин, Національна дослідницька рада Канади, Саскатун, СК, Канада
Вступ
Phytophthora infestans є горезвісним збудником ооміцету як збудника картопляного фітофторозу, який спричинив Великий ірландський голод у середині ХІХ століття (Пірсон, 2011). Картопляний фітофтороз є найсерйознішою загрозою для рослин картоплі і спричиняє значні економічні втрати у всьому світі (Haverkort et al., 2008). За останні десятиліття було розроблено та застосовано декілька хімічних фунгіцидів для боротьби з фітофторозом картоплі шляхом націлювання на типові механізми ураження дихального ланцюга, порушення метаболічного гомеостазу та інгібування РНК-полімерази P. infestans (Matheron and Porchas, 2000; Mitani et al., 2001; Gullino et al., 2010). Однак надзвичайно складний і величезний геном Росії P. infestans надає цьому патогену здатність швидкої еволюції долати ці хімічні фунгіциди шляхом зміни одного гена (Haas et al., 2009). Крім того, важливо враховувати екологічні проблеми, проблеми охорони здоров'я та безпеки, пов'язані з хімічними фунгіцидами. Таким чином, необхідна розробка альтернатив підходам на основі фунгіцидів, які пропонують меншу токсичність, більше цільову специфіку та екологічну стійкість є бажаною та переважною.
Мелатонін, природний продукт, який також називають N-ацетил-5-метокситриптаміном, широко присутній у тварин, рослин та мікробів (Arendt, 2005; Pandi-Perumal et al., 2006; Reiter et al., 2014). Спочатку відомо, що його функція регулює добові ритми. Згодом інші функції, включаючи модуляцію настрою, сну, метаболізму та антиоксиданту, також встановлюються у різних організмів (Reiter et al., 2009, 2015, 2016; Arnao and Hernandezruiz, 2015; Manchester et al., 2015). Зокрема, повідомляється, що мелатонін є ефективним у пригніченні росту клітин деяких патогенних мікроорганізмів людини, погіршуючи їх функції мітохондрій, інгібуючи утворення біоплівки та зменшуючи внутрішньоклітинні субстрати (Tekbas et al., 2008; Elmahallawy et al., 2014; Yang et al. ., 2014). Наприклад, мелатонін пригнічує Лейшманія через порушення функцій мітохондрій (Elmahallawy et al., 2014). Крім того, мелатонін опосередковує пригнічення росту різних ракових клітин, таких як гепатома через втручання метаболізму жирних кислот (Blask et al., 1999a, b; Sauer et al., 2001), колоректальний рак через зниження MT1 (рецептор мелатоніну 1) (Farriol et al., 2000; Nemeth et al., 2011), пухлина гіпофіза через порушення ядерного рецептора (Karasek et al., 2003). Важливо те, що ряд клінічних випробувань також підтвердив, що використання мелатоніну є ефективним заходом для боротьби з різними захворюваннями, включаючи інфекційні захворювання, спричинені патогенними бактеріями або вірусом, такі як сепсис, герпес (Sanchezbarcelo et al., 2010).
У рослин мелатонін підвищує стійкість проти патогенних мікроорганізмів, активуючи експресію захисних генів, підвищуючи вироблення NO та потовщуючи клітинну стінку (Yin et al., 2013; Lee et al., 2014, 2015; Qian et al., 2015; Shi et al., 2015, 2016; Zhao et al., 2015; Lee and Back, 2016; Wei et al., 2017). Наприклад, було показано, що різні гени, пов’язані з патогенезом (PR) та захисні гени, які активуються саліциловою кислотою (SA) та етиленом (ET), також індукуються мелатоніном у арабідопсисі та тютюні (Lee et al., 2014, 2015). Мелатонін також індукує вироблення NO, що відіграє важливу роль у реакції природженого імунітету рослин проти атак бактеріальних збудників (Shi et al., 2015). Також спостерігається, що мелатонін ефективний для потовщення клітинної стінки, викликаючи накопичення в рослинах целюлози, галактози, ксилози та калози для запобігання зараженню патогенами (Qian et al., 2015; Zhao et al., 2015). Нещодавно були досліджені дослідження мелатоніну проти патогенів рослин, опосередковано викликаючи імунітет рослин. Однак мало відомо про пряму взаємодію між мелатоніном і рослинними патогенами (Arnao and Hernandezruiz, 2015).
У цьому дослідженні ми досліджували прямий вплив мелатоніну на P. infestans. Результати та спостереження показали, що ріст міцелію, ультраструктура клітин, толерантність до стресу та чутливість до фунгіцидів P. infestans може значно змінитися у присутності мелатоніну. Через відсутність сортів картоплі, стійких до фітофторозу, боротьба з цим горезвісним захворюванням значною мірою залежить від високих доз та частоти застосування фунгіцидів. Цікаво, що дозу фунгіциду можна значно зменшити, якщо його поєднувати з мелатоніном, що було б важливим для здоров’я людини та навколишнього середовища. Більшість попередніх досліджень транскриптома були зосереджені на господарі-P. infestans взаємодії (Gao et al., 2013; Ali et al., 2014; Frades et al., 2015; Ah-Fong et al., 2017), але наш аналіз транскриптома був зосереджений на виявленні основного механізму дії мелатоніну проти P. infestans. Основні результати цього дослідження будуть корисними для вивчення альтернативних підходів на основі мелатоніну для боротьби з фітофторозом у картоплі.