vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2020-65-1-50-58vestib-648Research ArticleСтатьиАнтифунгальный потенциал белков некоторых сельскохозяйственных растенийAntifungal potential of some proteins agricultural plantsДомашВ. И.DomashV. I.

Домаш Валентина Иосифовна – д-р биол. наук, гл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Valentina I. Domash – D. Sc. (Biol.), Chief researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

valdomash@mail.ruБелозерскийМ. А.BelozerskyM. A.

Белозерский Михаил Андреевич – профессор, заведующий отделом

Ленинские горы, 1, стр. 40, 119992, г. Москва

Mikhail A. Belozersky – Professor, Head of the Department

1, build. 40, Leninskiye gory, 119992, Moscow

mbeloz@belozersky.msu.ruДунаевскийЯ. Е.DunaevskyY. E.

Дунаевский Яков Ефимович – гл. науч. сотрудник, профессор

Ленинские горы, 1, стр. 40, 119992, г. Москва

Yakov E. Dunaevsky – Professor, Chief researcher

1, build 40, Leninskiye gory, 119992, Moscow

dun@belozersky.msu.ruИвановО. А.IvanovO. A.

Иванов Олег Александрович – канд. биол. наук, заведующий сектором

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Oleg A. Ivanov – Ph. D. (Biol.), Head of the Department

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

protlife1984@gmail.ruШарпиоТ. П.SharpioT. P.

Шарпио Тамара Петровна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Tamara P. Sharpio – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

ЗабрейкоС. А.ZabreikoS. A.

Забрейко Светлана Алексеевна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Svetlana А. Zabreiko – Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

ШабашоваТ. Г.ShabashovaT. G.

Шабашова Татьяна Гарьевна – канд. биол. наук, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск

Tatyana G. Shabashova – Ph. D. (Biol.), Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

Институт экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича НАН БеларусиInstitute of Experimental Botany of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУА. N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology of the Mosсow State University2020110220206515058Copyright © Домаш В.И., Белозерский М.А., Дунаевский Я.Е., Иванов О.А., Шарпио Т.П., Забрейко С.А., Шабашова Т.Г., 20202020Домаш В.И., Белозерский М.А., Дунаевский Я.Е., Иванов О.А., Шарпио Т.П., Забрейко С.А., Шабашова Т.Г.Domash V.I., Belozersky M.A., Dunaevsky Y.E., Ivanov O.A., Sharpio T.P., Zabreiko S.A., Shabashova T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/648

Приведены результаты исследований на наличие в семенах бобовых и злаковых культур белковых ингибиторов, активных против протеиназ животного происхождения (трипсина) и экзогенных пептидаз фитопатогенных микроорганизмов. Показано, что секретируемые протеолитические ферменты исследуемых фитопатогенов представлены главным образом цистеиновыми протеиназами, в меньшей степени – сериновыми и аспартатными. Установлено, что тесная положительная корреляция устойчивости растений к патогенам наблюдается не с хорошо известными и широко распространенными ингибиторами трипсина, а с ингибиторами, активность которых направлена против экзогенных пептидаз, секретируемых грибными патогенами родов Fusarium, Colletotrichum и Helminthosporium. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, могут быть использованы в селекционно-генетических исследованиях по созданию сортов и видов сельскохозяйственных культур с повышенной устойчивостью к патогенной микрофлоре и насекомым-вредителям, а также для создания препаратов защитного действия.

The results of studies on the presence in the seeds of legumes and cereals of protein inhibitors that are active against animal proteinases (trypsin) and exogenous peptidases of phytopathogenic microorganisms are presented. It has been shown that secreted proteolytic enzymes of the studied phytopathogens are mainly represented by cysteine proteinases, to a lesser extent, serine and aspartane proteinases are present. It has been established that a close positive correlation between plant resistance to pathogens is observed not with well-known and widespread trypsin inhibitors, but with the activity of inhibitors directed against exogenous peptidases secreted by fungal pathogens of the genus Fusarium, Colletotrichum and Helminthosporium. The results obtained in the course of the work can be used in breeding and genetic studies on the creation of varieties and types of crops with increased resistance to pathogenic microflora and insect pests, as well as to create protective preparations.

фитопатогенные микроорганизмыингибиторы экзогенных пептидаззлаковые и бобовые культурыкоэффициенты корреляцииустойчивость к патогенамphytopathogenic microorganismsexogenous peptidase inhibitorscereals and legumescorrelation coefficientsresistance to pathogenРабота выполнена при поддержке Белорусского и Российского фондов фундаментальных исследований (гранты № Б18Р-053 и № 18-54-00008-Бел.).This work was supported by the Belarusian and Russian Foundation for Basic Research (grants no. B18R-053 and no. 18-54-00008-Bel.).ReferencesProteases from phytopathogenic fungi and their importance in phytopathogenicity / M. Chandrasekaran [et al.] // J. Gen. Plant Pathol. – 2016. – Vol. 82, N 5. – P. 233–239. https://doi.org/10.1007/s10327-016-0672-9Chandrasekaran M., Thangavelu B., Chun S. C., Sathiyabama М. Proteases from phytopathogenic fungi and their importance in phytopathogenicity. Journal of General Plant Pathology, 2016, vol. 82, no. 5, pp. 233–239. https://doi.org/10.1007/s10327-016-0672-9Павлюкова, Е. Б. Внеклеточные протеолитические ферменты мицелиальных грибов (обзор) / Е. Б. Павлюкова, М. А. Белозерский, Я. Е. Дунаевский // Биохимия. – 1998. – Вып. 8. – С. 1039–1089.Pavlyukova E. B., Belozerskii M. A., Dunaevskii Ya. E. Extracellular proteolytic enzymes of mycelial fungi (review). Biochemistry, 1998, iss. 8, pp. 1039–1089 (in Russian).Extracellular peptidases as possible markers of fungal ecology / T. A. Semenova [et al.] // Appl. Soil Ecol. – 2017. – Vol. 113. – P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.01.002Semenova T. A., Dunaevsky Y. E., Beljakova G. A., Borisov B. A., Shamraichuk I. L., Belozersky M. A. Extracellular peptidases as possible markers of fungal ecology. Applied Soil Ecology, 2017, vol. 113, pp. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.01.002Proteinases and exopeptidases from the phytopathogenic fungus Ustilago maydis / Y. Mercado-Flores [et al.] // Mycologia. – 2003. – Vol. 95, N 2. – P. 327–339. https://doi.org/10.2307/3762044Mercado-Flores Y., Hernandez-Rodriguez C., Ruiz-Herrera J., Villa-Tanaca L. Proteinases and exopeptidases from the phytopathogenic fungus Ustilago maydis. Mycologia, 2003, vol. 95, no. 2, pp. 327–339. https://doi.org/10.2307/3762044Specificity of peptidases secreted by filamentous fungi / Y. A. Neto [et al.] // Bioengineered. – 2018. – Vol. 9, N 1. – P. 30–37. https://doi.org/10.1080/21655979.2017.1373531Neto Y. A., da Rosa Garzon N. G., Pedezzi R., Cabral H. Specificity of peptidases secreted by filamentous fungi. Bioengineered, 2018, vol. 9, no. 1, pp. 30–37. https://doi.org/10.1080/21655979.2017.1373531Ward, O. P. Production of recombinant proteins by filamentous fungi / O. P. Ward // Biotechnol. Edv. – 2012. – Vol. 30, N 5. – P. 1119–1139. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.09.012Ward O. P. Production of recombinant proteins by filamentous fungi. Biotechnology Advances, 2012, vol. 30, no. 5, pp. 1119–1139. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.09.012Mosolov V. V. The role of proteolytic enzymes and their inhibitors in plant protection (review) / V. V. Mosolov, L. I. Grigor’eva, T. A. Valueva // Прикл. биохимия и микробиол. – 2001. – Т. 37, № 2. – С. 131–140.Mosolov V. V., Grigor’eva L. I., Valueva T. A. The role of proteolytic enzymes and their inhibitors in plant protection (review). Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied of Biochemistry and Microbiology, 2001, vol. 37, no. 2, pp. 131–140 (in Russian).Активность ингибиторов протеаз и устойчивость пшеницы к возбудителю твердой головне / А. М. Ямалеев [и др.] // Сельскохоз. биология. – 1980. – Т. 15, № 1. – С. 143–144.Yamaleev A. M., Mukhsinov V. Kh., Isaev R. F., Yamaleeva A. A., Krivchenko V. I. The activity of protease inhibitors and the resistance of wheat to the pathogen of hard smut. Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural biology], 1980, vol. 15, no. 1, pp. 143–144 (in Russian).Взаимосвязь между уровнем ингибиторов протеиназ и устойчивостью озимой пшеницы к фузариозу / А. Г. Волчевская [и др.]. // Физиол. и биохимия культур. растений. – 1991. – Т. 23, № 4. – С. 365–370.Volchevskaya A. G., Adamovskaya V. G., Levitskii A. P., Vovchuk S. V. The relationship between the level of proteinase inhibitors and the resistance of winter wheat to Fusarioz. Fiziologiya i bioikhimiya kul’turnykh rastenii [Physiology and biochemistry of cultivated plants], 1991, vol. 23, no. 4, pp. 365–370 (in Russian).Мосолов, В. В. Ингибиторы протеиназ из растений как полифункциональные белки (обзор) / В. В. Мосолов, Л. И. Григорьева, Т. А. Валуева // Прикл. биохимия и микробиол. – 2001. – Т. 37, № 6. – С. 643–650.Mosolov V. V., Grigor’eva L. I., Valueva T. A. Plant proteinase inhibitors as multifunctional proteins (review). Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied of Biochemistry and Microbiology, 2001, vol. 37, no. 6, pp. 643–650 (in Russian).Anson, M. Z. The estimation of pepsin, trypsin, papain and catepsin with hemoglobin / M. Z. Anson // J. Gen. Physiol. – 1938. – Vol. 22, N 1. – P. 79–89. https://doi.org/10.1085/jgp.22.1.79Anson M. Z. The estimation of pepsin, trypsin, papain and catepsin with hemoglobin. Journal of General Physiology, 1938, vol. 22, no. 1, pp. 79–89. https://doi.org/10.1085/jgp.22.1.79Erlanger, F. The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin / F. Erlanger, N. Kokowsky, W. Cohen // Arch. Biochem. Biophys. – 1961. – Vol. 95, N 2. – P. 271–278. https://doi.org/10.1016/0003-9861(61)90145-xErlanger F., Kokowsky N., Cohen W. The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1961, vol. 95, no. 2, pp. 271–278. https://doi.org/10.1016/0003-9861(61)90145-xГофман, Ю. Я. Определение активности ингибиторов трипсина в семенах гороха / Ю. Я. Гофман, И. М. Вайсблай // Прикл. биохимия и микробиология. – 1975. – Т. 11, вып. 5. – С. 777–787.Gofman Yu. Ya., Vaisblai I. M. Determination of the activity of trypsin inhibitors in pea seeds. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied of Biochemistry and Microbiology, 1975, vol. 11, no. 5, pp. 777–787 (in Russian).Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for quantitation of microgramm quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding / M. M. Bradford // Anal. Biochem. – 1976. – Vol. 72, N 1–2. – P. 248–254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3Bradford M. M. A rapid and sensitive method for quantitation of microgramm quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Analytical Biochemistry, 1976, vol. 72, no. 1–2, pp. 248–254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3Ибрагимов, Р. И. Подавление активности внеклеточных протеиназ патогенного гриба Fusarium sp. ингибиторами из семян и вегетативных органов растений / Р. И. Ибрагимов // Докл. РАСХН. – 1997. – № 2. – С. 15–17.Ibragimov R. I. Suppression of the activity of extracellular proteinases of the pathogenic fungus Fusarium sp. inhibitors from seeds and vegetative organs of plants. Doklady Rossiiskoi akademii sel’skokhozyaistvennykh nauk [Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences], 1997, no. 2, pp. 15–17 (in Russian).Яруллина, Л. Г. Гидролитические ферменты и их белковые ингибиторы в регуляции взаимоотношений растений с патогенами / Л. Г. Яруллина, А. Р. Ахатова, Р. И. Касимова // Физиол. растений. – 2016. – Т. 63, № 2. – С. 205–217.Yarullina L. G., Akhatova A. R., Kasimova R. I. Hydrolytic enzymes and their protein inhibitors in the regulation of plant relationships with pathogens. Fiziologiya rastenii [Plant physiology], 2016, vol. 63, no. 2, pp. 205–217 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.