В течение жизненного цикла растения подвергаются огромному количеству биотических и абиотических стрессов. Ответы на различные стрессы очень сложны и включают изменения на транскриптомном, клеточном и физиологическом уровнях. Распознавание индукторов и сигнальных молекул является одним из элементов работы собственных защитных механизмов. В нашем эксперименте исследованы ответные реакции Fragaria ananassa Duch. после обработки растворами хитозана различного происхождения, молекулярной массы и степени деацетилирования. Низкомолекулярный хитозан (ChI) вызывал интенсификацию фенилпропаноидного синтеза, образования таннинов и изменял суточную динамику вторичного метаболизма. Обнаружено, что в первые 12 часов после обработки растений раствором ChI общий уровень фенолов и антиоксидантов возрастал в 1,9 и 3,2 раза соответственно. В отличие от низкомолекулярного хитозана раствор высокомолекулярного полимера (ChII) вызывал в листьях резкое снижение содержания свободных и слабосвязанных с клеточными стенками фенольных соединений. Установлены различия в первичных реакциях растений на хитозан, которые зависели от источника получения биополимера, его молекулярной массы и степени деацетилирования.
Ключевые слова: Fragaria ananassa Duch., хитозан, листья, фенолы, элиситоры, антиоксиданты
Полный текст и дополнительные материалы
В свободном доступе: PDFЦитированная литература
1. Agrawal, G., Rakwal, R., Tamogami, S., Yonekura, M., Kubo, A. & Saji, H. (2002). Chitosan activates defense/stress response(s) in the leaves of Oryza sativa seedlings. Plant Physiology and Biochemistry, 40(12), pp. 1061—1069. https://doi.org/10.1016/S0981-9428(02)01471-7
2. Appel, H. (1993). Phenolics in ecological interactions: The importance of oxidation. J. Chemical Ecol., 19(7), pp. 1521—1552. https://doi.org/10.1007/BF00984895
3. Atkinson, N. & Urwin, P. (2012). The interaction of plant biotic and abiotic stresses: from genes to the field. J. Exp. Bot., 63(10), pp. 3523—3543. https://doi.org/10.1093/jxb/ers100
4. Ben-Shalom, N., Ardi, R., Pinto, R., Aki, C. & Fallik, E. (2003). Controlling gray mould caused by Botrytis cinerea in cucumber plants by means of chitosan. Crop Protection, 22(2), 285—290. doi: http://dx.doi.org/10.1016/s0261-2194(02)00149-7. https://doi.org/10.1016/S0261-2194(02)00149-7
5. Brand-Williams, W., Cuvelier, M. & Berset, C. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT — Food Sci. Technol., 28(1), pp. 25—30. doi: http://dx.doi.org/10.1016/s0023-6438(95)80008-5. https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5
6. Brine, C., Sandford, P. & Zikakis, J. (1992). Advances in chitin and chitosan. Elsevier Applied Science. https://doi.org/10.1007/978-94-011-5942-5
7. Dixon, R., Achnine, L., Kota, P., Liu, C., Reddy, M. & Wang, L. (2002). The phenylpropanoid pathway and plant defence — a genomics perspective. Mol. Plant Pathol., 3(5), pp. 371—390. doi: http://dx.doi.org/10.1046/j.1364-3703.2002.00131.x. https://doi.org/10.1046/j.1364-3703.2002.00131.x
8. El Ghaouth, A., Arul, J., Wilson, C. & Benhamou, N. (1997). Biochemical and cytochemical aspects of the interactions of chitosan and Botrytis cinerea in bell pepper fruit. Postharvest Biol. Technol., 12(2), pp. 183—194. doi: http://dx.doi.org/10.1016/s0925-5214(97)00056-2. https://doi.org/10.1016/S0925-5214(97)00056-2
9. Garcia-Garrido, J. & Ocampo, J. (2002). Regulation of the plant defence response in arbuscular mycorrhizal symbiosis. J. Exp. Bot., 53(373), pp. 1377—1386. doi: http://dx.doi.org/10.1093/jxb/53.373.1377. https://doi.org/10.1093/jxb/53.373.1377
10. Katiyar, D., Hemantaranjan, A., Singh, B. & Bhanu, A. (2014). A future perspective in crop protection: Chitosan and its Oligosaccharides. Advances In Plants & Agriculture Research, 1, pp. 1—8.
11. Knorr, D., Beaumont, M. & Pandya, Y. (1989). Potential of acid soluble and water soluble chitosan in biotechnology. In G. Skjak-Braek, T. Anthonsen & P. Sanford (Eds) Chitin and chitosan (pp. 101—118). London, New York: Elsevier Appl. Sci.
12. La Camera, S., Gouzerh, G., Dhondt, S., Hoffmann, L., Fritig, B., Legrand, M. & Heitz, T. (2004). Metabolic reprogramming in plant innate immunity: the contributions of phenylpropanoid and oxylipin pathways. Immunol. Reviews, 198(1), pp. 267—284. doi: http://dx.doi.org/ 10.1111/j.0105-2896.2004.0129.x. https://doi.org/10.1111/j.0105-2896.2004.0129.x
13. Moilanen, J., Sinkkonen, J. & Salminen, J. (2013). Characterization of bioactive plant ellagitannins by chromatographic, spectroscopic and mass spectrometric methods. Chemoecology, 23(3), pp. 165—179. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s00049-013-0132-3. https://doi.org/10.1007/s00049-013-0132-3
14. Naik, P. & Al-Khayri, J. (2016). Abiotic and biotic elicitors — role in secondary metabolites production through in vitro culture of medicinal plants. In A. Shanker & C. Shanker (Eds) Abiotic and Biotic Stress in Plants — Recent Advances and Future Perspectives (pp. 247—277). InTech. doi: http://dx.doi.org/10.5772/61442. https://doi.org/10.5772/61442
15. Ozeretskovskaya, O., Vasyukova, N. & Zinovieva, S. (2002). Chitosan as an elicitor of induced plant resistance. In G. Skryabin, G. Vikhoreva & V. Varlamov (Eds) Chitin and chitosan production, propeties and usage (pp. 280—360). Moscow: Nauka.
16. Prasad, S. & Ellis, B. (1978). In vivo characterization of catechol ring-cleavage in cell cultures of Glycine max. Phytochemistry, 17(2), pp. 187—190. doi: http://dx.doi.org/10.1016/s0031-9422(00)94143-8. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(00)94143-8
17. Rane, K. & Hoover, D. (1993). Production of chitosan by fungi. Food Biotechnol., 7(1), pp. 11—33. doi: http://dx.doi.org/10.1080/08905439309549843. https://doi.org/10.1080/08905439309549843
18. Salminen, J. & Karonen, M. (2011). Chemical ecology of tannins and other phenolics: we need a change in approach. Functional Ecol., 25(2), pp. 325—338. doi: http://dx.doi.org/10.1111/ j.1365-2435.2010.01826.x.
19. Shibuya, N. & Minami, E. (2001). Oligosaccharide signalling for defence responses in plant. Physiological Mol. Plant Pathol., 59(5), pp. 223—233. doi: http://dx.doi.org/10.1006/pmpp.2001.0364. https://doi.org/10.1006/pmpp.2001.0364
20. Singleton, V. & Rossi, J. (1965). Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdicphoungstic acid reagent. Am. J. Enol. Vitic., 16, pp. 144—158.
21. Sokolov, Y. (2014). Elicitors and their application. Proceedings of The National Academy of Sciences of Belarus: Chemical Series, 4, pp. 109—118.
22. Somssich, I. & Hahlbrock, K. (1998). Pathogen defence in plants — a paradigm of biological complexity. Trends In Plant Science, 3(3), pp. 86—90. doi: http://dx.doi.org/10.1016/s1360-1385(98)01199-6. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(98)01199-6
23. Teng, W., Khor, E., Tan, T., Lim, L. & Tan, S. (2001). Concurrent production of chitin from shrimp shells and fungi. Carbohydrate Research, 332(3), pp. 305—316. doi: http://dx.doi.org/10.1016/ s0008-6215(01)00084-2.
24. Thakur, M. & Sohal, B. (2013). Role of elicitors in inducing resistance in plants against pathogen infection: a review. ISRN Biochemistry, 2013, pp. 1—10. doi: http://dx.doi.org/10.1155/2013/ 762412.
25. Van Loon, L. & Van Strien, E. (1999). The families of pathogenesis-related proteins, their activities, and comparative analysis of PR-1 type proteins. Physiol. Mol. Plant Pathol., 55(2), pp. 85—97. doi: http://dx.doi.org/10.1006/pmpp.1999.0213. https://doi.org/10.1006/pmpp.1999.0213
26. Vogt, T. (2010). Phenylpropanoid biosynthesis. Mol. Plant, 3(1), pp. 2—20. doi: http://dx.doi.org/ 10.1093/mp/ssp106. https://doi.org/10.1093/mp/ssp106
27. White, S., Farina, P. & Fulton, I. (1979). Production and isolation of chitosan from Mucor rouxii. Appl. Environ. Microbiol., 38(2), pp. 323—328.