Механизм формирования устойчивости хлопчатника к фитопатогенам и пути ее регуляции на основе соединений природного происхождения

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. Во всех хлопкосеющих странах мира одной из основных проблем при возделывании хлопчатника на сегодняшний день является его поражаемость фитопатогенами, которые наносят значительный ущерб сельскому хозяйству. Разработка эффективных технологий ускорения селекционного процесса за счет использования маркер ассоциированных биохимических, молекулярногенетических методов, позволяющих возделывать новые сорта с признаком резистентности к фитопатогенам, а также повышение общей неспецифической устойчивости хлопчатника к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам путем индукции природных защитных механизмов являются одним из экологичных и эффективных методов защиты хлопчатника. С приобретением независимости республики успехи в повышении урожайности хлопчатника, внедрение в хлопководство научных достижений современных наук - молекулярной биологии, биотехнологии и биоорганической химии привели к определенным результатам. При этом особенно важно отметить выявление роли различных биохимических систем в регуляции защитных реакций, усовершенствование экологизированных методов (маркер ассоциированных тест-систем и др.) и средств (применение агропрепаратов на основе природных биологически активных соединений), стабилизирующих продуктивность хлопчатника. На сегодняшний день, биохимические основы иммунитета растений, повышение устойчивости хлопчатника к патогенам за счет стимулирования и управления иммунной системы с помощью биологически активных соединений являются актуальными задачами современной биологии во сем мире. Оценка состояния ферментной системы хлопчатника, участвующей в защитных реакциях при инфицировании растений грибными патогенами, выявление молекулярных маркерных структур, разработка иммуноферментного метода, выявление механизмов индуцированной устойчивости, активирование генетического потенциала защитных средств хлопчатника, разработка технологии повышения устойчивости хлопчатника на основе применения препаратов глицирризиновой кислоты являются актуальными задачами. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Законе Республики Узбекистан «О защите сельскохозяйственных растений от вредителей, болезней и сорняков» (2000), постановлением Кабинета Министров Республики Узбекистан от 29 марта 2004 г. №148 «О мерах по совершенствованию структуры и повышению эффективности службы защиты растений», «Дорожной карте реализуемых программ мероприятий по модернизации и развитии сельского хозяйства на 2016-2020 года» от 07.02.2016 г, утвержденный Кабинетом Министров, а также другими нормативно-правовыми документами, принятыми в данной сфере. Целью исследований является выявление биохимических механизмов формирования защитных реакций хлопчатника, разработка тест-системы определения устойчивости селекционного материала к фитопатогенам, повышение устойчивости хлопчатника к биотическим факторам среды на основе препаратов глицирризиновой кислоты. Научная новизна исследования заключается в следующем: обоснован механизм формирования первичных защитных реакций устойчивого и восприимчивого хлопчатника под воздействием гриба V. dahliae, F.oxysporum с участием анионной пероксидазы, полифенолоксидазы, фенилаланин аммиак-лиазы создающих локальную зону окислительного стресса и образование активных форм кислорода в местах проникновения фитопатогенов; впервые разработана тест-система оценки устойчивости хлопчатника к грибной инфекции, позволяющая прогнозировать степень резистентности хлопчатника на основе иммуноферментного анализа; разработана принципиально новая концепция применения препаратов природного происхождения как индукторов неспецифической устойчивости при возделывании хлопчатника, повышающие устойчивость к биотическим и абиотическим факторам среды на основе препаратов ДАГ-1 и ДАГ-2; доказана основная роль салициловой кислоты в препарате ДАГ-1, регулирующая устойчивость хлопчатника к фитопатогенам, доказано участие салициловой кислоты как сигнальной молекулы формирования системной индуцированной устойчивости хлопчатника; выявлен пролонгированный защитный и рост стимулирующий эффект препаратов в предпосевной обработке семян хлопчатника в концентрации 10' 7 М, сопоставимой с действием природных фитогормонов. выводы 1. Выявлены особенности ответных реакций хлопчатника при активном участии иммунных ферментов пероксидазы, полифенолоксидазы, фенилалланин аммиак-лиазы в патогенезе V. dahliae, где начальным этапом формирования защитного ответа хлопчатника на инфицирование грибами являлась генерация активных форм кислорода, сопряженная с активацией анионных пероксидаз. Полученные результаты открывают возможности для создания эффективных средств и технологий управления механизмами болезнеустойчивости на молекулярном уровне. 2. Маркерным ферментом, определяющим развитие защитных реакций в хлопчатнике, является связанная с клеточной стенкой анионная пероксидаза, проявляющая специфичность по отношению к хитину гриба. Выделены две гомогенные анионные хитин-специфичные пероксидазы хлопчатника с изоточками pl ~ 3,5 и pl ~ 3,9 и молекулярной массой 93,5 кДа и 85 кДа, определены Кт и их субстратная специфичность, имеющие важное значение при разработке эффективного метода оценки устойчивости хлопчатника к вилту. 3. Получены поликлональные антитела к гомогенной хитинспецифичной пероксидазе хлопчатника р1~3,9. Установлена специфичность и чувствительность поликлональных антител, а также получен конъюгат антител с щелочной фосфатазой. Оптимизированы условия проведения иммуноферментного анализа, который служит для усовершенствования методов ускоренного отбора устойчивых форм хлопчатника. 4. Впервые в селекционной практике хлопчатника при помощи разработанной тест-системы проведены тестирования на устойчивость к вилту более 200 образцов элитных сортов, видов, разновидностей и линий хлопчатника. Полученные данные показали идентичность с результатами полевых опытов, что, в свою очередь, позволяет экономить время и средства для проведения полевых испытаний. 5. Доказано индуцирующее действие препаратов ДАГ-1 (супрамолекулярного комплекса глицирризиновой и салициловой кислот) и ДАГ-2 (моноаммониевой соли глицирризиновой кислоты) на активность ферментов фитоиммунитета хлопчатника. Установлена эффективно действующая концентрация препаратов 10'7 М, стимулирующая системную устойчивость перспективы эффективных сельскохозяйственной практике. хлопчатника к фитопатогенам, которая использования соединений небиоцидной низких концентрациях, имеющие важное раскрывает природы важное значение в сельскохозяйственной практике. 6. Низкие концентрации препаратов ДАГ-1 и ДАГ-2 оказывают влияние на баланс фитогормонов - ИУК, АБК и СК в проростках хлопчатника. Выявлено, что препараты влияют на возрастание содержания СК, способствующей предадаптации хлопчатника к биотическим стрессам и снижению силы их повреждающего действия. Полученные результаты в будущем послужат для создания и совершенствования препаратов нового поколения, обладающих иммуномодулирующими свойствами. 7. Доказано, что СК усиливала активность анионной пероксидазы, свидетельствующей о вовлечении фермента в защитные реакции; стимулировала активность фенилаланин аммиак-лиазы, синтезирующей новые молекулы СК. Достоверно установлено, что за повышение активности иммунных ферментов в хлопчатнике ответственна СК, входящая в состав препарата ДАГ-1. 8. Предпосевная обработка семян хлопчатника препаратами ДАГ-1 и ДАГ-2 оказывала пролонгирующее влияние (до 30 дней) на активность ферментов фитоиммунитета - пероксидазы, полифенолоксидазы, фенилаланин аммиак-лиазы в полевых условиях, которое обусловливает защитно-идуцирующее свойство глицирризинатов. Полученные данные послужат основой для развития новой концепции применения препаратов природного происхождения как индукторов неспецифической устойчивости. 9. Предобработка хлопчатника препаратами ДАГ-1 и ДАГ-2 оказывает ростостимулирующее действие, положительно влияет на хозяйственно ценные признаки хлопчатника; препараты снижают поражаемость вилтом неустойчивого и среднеустойчивого сортов хлопчатника, и в будущем их применение будет способствовать расширению комплексных мер по защите сельскохозяйственных культур от неблагоприятных воздействий окружающей среды.