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"10.29235/1029-8940-2020-65-4-391-401vestib-703Research ArticleСтатьиВлияние экзогенной жасмоновой кислоты на функционирование защитной системы рассады картофеля (Solanum tuberosum L.) при выращивании на искусственном ионообменном субстрате и заражении Х-вирусом картофеляInfluence of exogenous jasmonic acid on the functioning of a defense system of potato seedlings (Solanum tuberosum L.) grown on artificial ion exchange substrate and infected with potato virus XВязовЕ. В.ViazauY. V.

Вязов Евгений Викторович - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

Yauhen V. Viazau - Ph. D. (Biol.), Senior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

yauhen.viazau@gmail.comКалягаТ. Г.KaliahaT. G.

Каляга Татьяна Геннадьевна - младший научный сотрудник.

Tatsiana G. Kaliaha - Junior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

t_kalyaga@mail.ruФилипчикЕ. А.FilipchikE. A.

Филипчик Елена Александровна - младший научный сотрудник.

Elena A. Filipchik - Junior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

lenafil050494@mail.ruСафоноваО. Ю.SafonovaO. Y.

Сафонова Ольга Юрьевна - младший научный сотрудник.

Olga Y. Safonova - Junior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

olga.safonova.1995@mail.ruШалыгоН. В.ShalygoN. V.

Шалыго Николай Владимирович - член-корреспондент, доктор биологических наук.

Ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Nikolai V. Shalygo - Corresponding Member, D. Sc. (Biol.).

27, Akademi-cheskaya Str., 220072, Minsk

shalygo@ibp.org.byГрицА. Н.GritsА. N.

Гриц Александр Николаевич - науч. сотрудник.

Ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Aleksandr N. Grits - Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

alexander196431@yahoo.comКарасеваЕ. Н.KarasiovaE. N.

Карасева Елена Николаевна - научный сотрудник.

Ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Elena N. Karasiova - Researcher.

Ledymc_net@mail.ruМакароваТ. Б.MakarovaT. B.

Макарова Татьяна Борисовна -  научный сотрудник.

Ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Tatsiana B. Makarova - Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

t62makarova@mail.ruРыбинскаяЕ. И.RybinskayaK. I.

Рыбинская Екатерина Игоревна - младший научный сотрудник.

Katsiarina I. Rybinskaya - Junior Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

kate.rybinskaya@gmail.comОльшаниковаА. Л.OlshanikovaA. L.

Ольшаникова Анна Леонидовна -  научный сотрудник.

Ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Anna L. Olshanikova - Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

annaolshanikova@mail.ruЯнчевскаяТ. Г.YanchevskayaT. G.

Янчевская Тамара Георгиевна - кандидат биологических наук.

Ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Tamara G. Yanchevskaya - Ph. D. (Biol.).

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

t_yanch@mail.ruИнститут биофизики и клеточной инженерии, НАН БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering, National Academy of Sciences of BelarusИнститут экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича, НАН БеларусиV.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany, National Academy of Sciences of Belarus202005112020654391401Copyright © Вязов Е.В., Каляга Т.Г., Филипчик Е.А., Сафонова О.Ю., Шалыго Н.В., Гриц А.Н., Карасева Е.Н., Макарова Т.Б., Рыбинская Е.И., Ольшаникова А.Л., Янчевская Т.Г., 20202020Вязов Е.В., Каляга Т.Г., Филипчик Е.А., Сафонова О.Ю., Шалыго Н.В., Гриц А.Н., Карасева Е.Н., Макарова Т.Б., Рыбинская Е.И., Ольшаникова А.Л., Янчевская Т.Г.Viazau Y.V., Kaliaha T.G., Filipchik E.A., Safonova O.Y., Shalygo N.V., Grits А.N., Karasiova E.N., Makarova T.B., Rybinskaya K.I., Olshanikova A.L., Yanchevskaya 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/703

Изучены содержание активных форм кислорода (АФК), активность ферментов аскорбат-глутатио-нового цикла, проанализировано количество низкомолекулярных антиоксидантов: аскорбата и глутатиона, активность фенольной пероксидазы, содержание водорастворимых фенолов и уровень экспрессии гена маркера гиперчувствительного ответа (HSR) и генов PR-белков (Chit, Glu и TLP) в рассаде картофеля, выращенной на ионообменном субстрате в присутствии жасмоновой кислоты (ЖК) в концентрациях 10-8 и 10-6 М, при заражении Х-вирусом картофеля (ХВК). Показано накопление АФК, увеличение содержания восстановленного аскорбата и интенсивное потребление восстановленного глутатиона в рассаде картофеля под действием ЖК, а также резкое усиление экс-пресши генов HSR, Chit, Glu и TLP в листьях рассады картофеля, выращиваемой на субстрате с добавлением 10-6 М ЖК, до заражения ХВК. В контрольных растениях уровень экспрессии генов HSR и TLP увеличивался только после заражения ХВК.

The content of reactive oxygen species, the activities of ascorbate-glutathione cycle enzymes, the content of low molecular weight antioxidants: ascorbate and glutathione, the activity of phenolic peroxidase, the content of water-soluble phenols and the expression level of the hypersensitive response marker gene (HSR) and PR protein genes (Chit, Glu and TLP) in potato seedlings grown on an ion-exchange substrate in the presence of jasmonic acid at a concentration of 10-8 and 10-6 M and infected with potato virus X were studied. Accumulation of reactive oxygen species, an increase in the content of reduced ascorbate and an intensive consumption of reduced glutathione upon action of jasmonic acid, as well as a sharp increase in the expression of HSR, Chit, Glu, and TLP genes in the leaves of potato seedlings grown on a substrate with the addition of 10-6 M jasmonic acid before infection were shown. In control plants, the expression of the HSR and TLP genes increased only after infection with potato virus X.

Solanum tuberosumкартофельPR-белкииндуцированная устойчивостьХ-вирус картофелязащитная системаактивные формы кислородажасмоновая кислотаSolanum tuberosumpotatoPR proteinsinduced resistancepotato X virusdefense systemreactive oxygen speciesjasmonic acidРабота финансирована в рамках Государственной программы Республики Беларусь «Наукоемкие технологии и техника» (мероприятие 34, 2016-2020 гг.)This work was supported by the State Program of the Republic of Belarus “Science-intensive technologies and equipment”, grant 34 (2016-2020)ReferencesЯнчевская, Т. Г Физиолого-биохимическая оптимизация минерального питания растений / Т. Г. Янчевская. -Б. м. : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2018. - 547 с.Yanchevskaya T. G. Physiological and biochemical optimisation of mineral nutrition ofplants. S. l., LAP LAMBERT Academic Publishing, 2018. 547 p. (in Russian).Stimulation of cellular mechanisms of potato antivirus resistance by the action of a preparation based on Bacillus subtilis bacteria / Т. G. Yanchevskaya [et al.] // Appl. Biochem. Microbiol. - 2018. - Vol. 54, N 3. - P. 324-330. https://doi.org/10.1134/S0003683818030158Yanchevskaya Т. G., Grits A. N., Kolomiets E. I., Romanovskaya T. V., Yarullina L. G., Ibragimov R. I., Tsvetkov V. O. Stimulation of cellular mechanisms of potato antivirus resistance by the action of a preparation based on Bacillus subtilis bacteria. Applied Biochemistry and Microbiology, 2018, vol. 54, no. 3, pp. 324-330. https://doi.org/10.1134/S0003683818030158Поликсенова, В. Д. Индуцированная устойчивость растений к патогенам и абиотическим стрессовым факторам (на примере томата) / В. Д. Поликсенова // Вестн. БГУ Сер. 2. Химия. Биология. География. - 2009. - № 1. - С. 48-60.Poliksenova V. D. Induced resistance of plants to pathogens and abiotic stress factors (on the example of tomato). Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografiya [Bulletin of the Belarusian State University. Series 2. Chemistry. Biology. Geography], 2009, no. 1, pp. 48-60 (in Russian).Choudhary, D. K. Induced systemic resistance (ISR) in plants: mechanism of action / D. K. Choudhary, A. Prakash, B. N. Johri // Indian J. Microbiol. - 2007. - Vol. 47, N 4. - P. 289-297. https://doi.org/10.1007/s12088-007-0054-2Choudhary D. K., Prakash A., Johri B. N. Induced systemic resistance (ISR) in plants: mechanism of action. Indian Journal of Microbiology, 2007, vol. 47, no. 4, pp. 289-297. https://doi.org/10.1007/s12088-007-0054-2Induced Systemic Resistance (ISR) and Fe deficiency responses in dicot plants / F. J. Romera [et al.] // Front. Plant Sci. -2019. - Vol. 10. - Art. 287. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00287Romera F. J., Garda M. J., Lucena C., Martmez-Medina A., Aparicio M. A., Ramos J., Alcantara E., Angulo M., Perez-Vicente R. Induced Systemic Resistance (ISR) and Fe deficiency responses in dicot plants. Frontiers in Plant Science, 2019, vol. 10, art. 287. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00287Hormonal modulation of plant immunity / C. M. Pieterse [et al.] // Annu. Rev Cell Dev. Biol. - 2012. - Vol. 28, N 1. -P. 489-521. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-092910-154055Pieterse C. M., Van der Does D., Zamioudis C., Leon-Reyes A., Van Wees S. C. Hormonal modulation of plant immunity. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 2012, vol. 28, no. 1, pp. 489-521. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-092910-154055Disease resistance or growth: the role of plant hormones in balancing immune responses and fitness costs / N. Denance [et al.] // Front Plant Sci. - 2013. - Vol. 4. - Art. 155. https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00155Denance N., Sanchez-Vallet A., Goffner D., Molina A. Disease resistance or growth: the role of plant hormones in balancing immune responses and fitness costs. Frontiers in Plant Science, 2013, vol. 4, art. 155. https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00155Pieterse, C. M. J. Different shades of JAZ during plant growth and defense / C. M. J. Pieterse, R. Pierik, S. C. M. van Wees // New Phytol. - 2014. - Vol. 204, N 2. - P. 261-264. https://doi.org/10.1111/nph.13029Pieterse C. M. J., Pierik R., van Wees S. C. M. Different shades of JAZ during plant growth and defense. New Phytologist, 2014, vol. 204, no. 2, pp. 261-264. https://doi.org/10.1111/nph.13029Vasyukova, N. I. Jasmonate-dependent defense signaling in plant tissues / N. I. Vasyukova, O. L. Ozeretskovskaya // Rus. J. Plant Physiol. - 2009. - Vol. 56, N 5. - P. 581-590. https://doi.org/10.1134/S102144370905001XVasyukova N. I., Ozeretskovskaya O. L. Jasmonate-dependent defense signaling in plant tissues. Russian Journal of Plant Physiology, 2009, vol. 56, no. 5, pp. 581-590. https://doi.org/10.1134/S102144370905001XSalazar, L. F. Potato viruses and their control / L. F. Salazar. - Lima, Peru : Intern. Potato Center (CIP), 1996. - 214 p.Salazar L. F. Potato viruses and their control. Lima, Peru, Intern. Potato Center (CIP), 1996. 214 p.PR-белки как маркеры устойчивости озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) к листовым патогенам / Е. В. Вязов [и др.] // Вес. Нац. aкад. навук Беларусь Сер. бiял. навук. - 2019. - Т. 64, № 3. - С. 286-291.Viazau Y. V., Radyuk M. S., Filipchik E. A., Shalygo N. V. PR-proteins as markers of winter wheat (Triticum aestivum L.) resistance to leaf pathogens. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navukBelarusi. Seryya biyalagichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2019, vol. 64, no. 3, pp. 286-291 (in Russian).Peroxidases and lignification in relation to the intensity of water-deficit stress in white clover (Trifolium repens L.) / B.-R. Lee [et al.] // J. Exp. Botany. - Vol. 58, N 6. - P. 1271-1279. https://doi.org/10.1093/jxb/erl280Lee B. R., Kim K. Y., Jung W. J., Avice J. C., Ourry A., Kim T. H. Peroxidases and lignification in relation to the intensity of water-deficit stress in white clover (Trifolium repens L.). Journal of Experimental Botany, vol. 58, no. 6, pp. 1271-1279. https://doi.org/10.1093/jxb/erl280Инокуляция, накопление и идентификация вируса PVY картофеля в тест-растениях Nicotiana tabacum / В. Т. Хасанов [и др.] // Вестн. КАТУ им. С. Сейфуллина. - 2012. - № 4 (75). - С. 31-36.Khasanov V. T., Muranets A. P., Orazbaeva G. K., Bukaev A. A. Inoculation, accumulation and identification of potato PVY virus in Nicotiana tabacum test plants. Vestnik nauki Kazakhskogo agrotekhnicheskogo universiteta imeni S. Seifullina [Science bulletin of S. Seifullin Kazakh Agrotechnical University], 2012, no. 4 (75), pp. 31-36 (in Russian).Kozel, N. V. Barley leaf antioxidant system under photooxidative stress induced by Rose Bengal / N. V. Kozel, N. V. Shalygo // Rus. J. Plant Physiol. - 2009. - Vol. 56, N 3. - P. 316-322. https://doi.org/10.1134/S1021443709030030Kozel N. V., Shalygo N. V. Barley leaf antioxidant system under photooxidative stress induced by Rose Bengal. Russian Journal of Plant Physiology, 2009, vol. 56, no. 3, pp. 316-322. https://doi.org/10.1134/S1021443709030030A highly sensitive fluorescent micro-assay of H2O2 release from activated human leukocytes using a dihydroxy-phenoxazine derivative / J. G. Mohanty [et al.] // J. Immunol. Meth. - 1997. - Vol. 202, N 2. - P. 133-141. https://doi.org/10.1016/s0022-1759(96)00244-xMohanty J. G., Jaffe J. S., Schulman E. S., Raible D. G. A highly sensitive fluorescent micro-assay of H2O2 release from activated human leukocytes using a dihydroxyphenoxazine derivative. Journal of Immunological Methods, 1997, vol. 202, no. 2, pp. 133-141. https://doi.org/10.1016/s0022-1759(96)00244-xDifferent responses of tobacco antioxidant enzymes to light and chilling stress / T. Gechev [et al.] // J. Plant Physiol. -2003. - Vol. 160, N 5. - P. 509-515. https://doi.org/10.1078/0176-1617-00753Gechev T., Willekens H., Van Montagu M., Inze D., Van Camp W., Toneva V., Minkov I. Different responses of tobacco antioxidant enzymes to light and chilling stress. Journal of Plant Physiology, 2003, vol. 160, no. 5, pp. 509-515. https://doi.org/10.1078/0176-1617-00753Запрометов, М. Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях / М. Н. Запро-метов. - М. : Наука, 1993. - 272 с.Zaprometov M. N. Phenolic compounds: distribution, metabolism and functions in plants. Moscow, Nauka Publ., 1993. 272 p. (in Russian).Mittler, R. Detection of ascorbate peroxidase activity in native gels by inhibition of the ascorbate dependent reduction of nitroblue tetrazolium / R. Mittler, B. A. Zilinskas // Anal. Biochem. - 1993. - Vol. 212, N 2. - P. 540-546. https://doi. org/10.1006/abio.1993.1366Mittler R., Zilinskas B. A. Detection of ascorbate peroxidase activity in native gels by inhibition of the ascorbate dependent reduction of nitroblue tetrazolium. Analytical Biochemistry, 1993, vol. 212, no. 2, pp. 540-546. https://doi.org/10.1006/abio.1993.1366Over-expression of ascorbate oxidase in the apoplast of transgenic tobacco results in altered ascorbate and glutathione redox states and increased sensitivity to ozone / M. Sanmartin [et al.] // Planta. - 2003. - Vol. 216. - P. 918-928. https://doi.org/10.1007/s00425-002-0944-9Sanmartin M., Drogoudi P. A., Lyons T., Pateraki I., Barnes J., Kanellis A. K. Over-expression of ascorbate oxidase in the apoplast of transgenic tobacco results in altered ascorbate and glutathione redox states and increased sensitivity to ozone. Planta, 2003, vol. 216, pp. 918-928. https://doi.org/10.1007/s00425-002-0944-9Козел, Н. В. Фотоокислительные процессы, индуцированные в растениях ячменя и табака сенсибилизаторами ксантеновой природы : дис. ... кандидат биологических наук : 03.00.02 / Н. В. Козел. - Минск, 2009. - 146 л.Kozel N. V. Photoooxidative processes induced in barley and tobacco plants by xanthene photosensitizers. Ph. D. Thesis. Minsk, 2009. 146 p.Спектрофлуориметрический метод определения окисленного и восстановленного глутатиона в растениях / Н. В. Шалыго [и др.] // Физиология и биохимия культурных растений. - 2007. - Т. 39, № 3. - С. 264-270.Shalygo N. V., Shcherbakov R. A., Domanskaya I. N., Radyuk M. S. Spectrofluorometrical method of oxidized and reduced glutathione determination in plants. Fiziologiya i biokhimiya kulturnykh rastenii = Phisiology and biochemistry of cultivated plants, 2007, vol. 39, no. 3, pp. 264-270 (in Russian).Bradford, M. A rapid and sensitive method for the quantization of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M. Bradford // Anal. Biochem. - 1976. - Vol. 72, N 1-2. - P. 248-254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999Bradford M. A rapid and sensitive method for the quantization of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 1976, vol. 72, no. 1-2, pp. 248-254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999Технология ДНК-типирования генов устойчивости ячменя к засухе : метод. указания / сост. : И. Н. Доманская [и др.]. - Минск : Право и экономика, 2011. - 31 с.Domanskaya I. N., Radyuk M. S., Budakova Е. А., Samovich T. V., Spivak Е. А., Shalygo N. V. DNA typing technology for genes of barley resistance to drought: guidelines. Minsk, Pravo i ekonomika Publ., 2011. 31 p. (in Russian).Пасалари, Х. Экспрессия генов защитного ответа в листьях трансгенного картофеля после обработки глифо-сатом / Х. Пасалари, А. Н. Евтушенков // Вестн. БГУ. Сер. 2. Химия. Биология. География. - 2016. - № 1. - С. 31-35.Pasalari Kh., Evtushenkov A. N. PR-genes expression in the lives of transgenic potato plants after glyphosate treatment. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografiya [Bulletin of the Belarusian State University. Series 2. Chemistry. Biology. Geography], 2016, no. 1, pp. 31-35 (in Russian).Рокицкий, П. Ф. Биологическая статистика : учеб. пособие / П. Ф. Рокицкий. - Изд. 3-е, испр. - Минск : Выш. школа, 1973. - 318 с.Rokitskii P. F. Biological statistics. 3rd ed. Minsk, Vysheishaya shkola Publ., 1973. 318 p. (in Russian).Артюхов, В. Г. Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами / В. Г Артюхов, М. А. Накваскина. - Воронеж : Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2000. - 294 с.Artyukhov V. G., Nakvaskina M. A. Biological membranes: structural organization, functions, modification by physico-chemical agents. Voronezh, Publishing House of Voronezh State University, 2000. 294 p. (in Russian).Wasternack, C. Jasmonates: an update on biosynthesis, signal transduction and action in plant stress response, growth and development / C. Wasternack // Ann. Bot. - 2007. - Vol. 100, N 4. - P. 681-697. https://doi.org/10.1093/aob/mcm079Wasternack C. Jasmonates: an update on biosynthesis, signal transduction and action in plant stress response, growth and development. Annals of Botany, 2007, vol. 100, no. 4, pp. 681-697. https://doi.org/10.1093/aob/mcm079Expression profiling of Chondrus crispus (Rhodophyta) after exposure to methyl jasmonate / J. Collen [et al.] // J. Exp. Bot. - 2006. - Vol. 57, N 14. - P. 3869-3881. https://doi.org/10.1093/jxb/erl171Collen J., Herve C., Guisle-Marsollier I., Leger J. J., Boyen C. Expression profiling of Chondrus crispus (Rhodophyta) after exposure to methyl jasmonate. Journal of Experimental Botany, 2006, vol. 57, no. 14, pp. 3869-3881. https://doi.org/10.1093/jxb/erl171Characterization of alternative oxidase (AOX) gene expression in response to methyl salicylate and methyl jasmonate pre-treatment and low temperature in tomatoes / R. W. M. Fung [et al.] // J. Plant Physiol. - Vol. 163, N 10. - P. 1049-1060. https://doi.org/10.1016/jjplph.2005.11.003Fung R. W. M., Wang C. Y., Smith D. L., Gross K. C., Tao Y., Tian M. Characterization of alternative oxidase (AOX) gene expression in response to methyl salicylate and methyl jasmonate pre-treatment and low temperature in tomatoes. Journal of Plant Physiology, vol. 163, no. 10, pp. 1049-60. https://doi.org/10.1016/jjplph.2005.11.003

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