Medicago truncatula sistēmisko un starpaugu aizsargreakciju preaktivizāciju un praimēšanu izpēte ar arbuskulāro mikorizu savienotos augos

Abstract

Pieaugot pārtikas patēriņam, ir nepieciešams meklēt jaunas metodes un līdzekļus, kas var uzlabot augu ražību un pasargāt augus no patogēniem un kaitēkļiem. Jaunākie pētījumi uzrāda, ka arbuskulārās mikorizas sēnēm piemīt potenciāls uzlabot augu minerālvielu uzņemšanu un aizsardzības spējas pret dažāda veida organismiem, kā arī saistīt augu sakņu sistēmas vienotā tīklā. Toties, vēl joprojām nav skaidri zināma nedz mikorizas spēja izraisīt priekšlaicīgu aizsargreakcijas aktivizāciju un izmainīt aizsarggēnu aktivitāti patogēnu neskartajos augos, nedz iesaistītie mehānismi starpaugu signālu apmaiņā. Minēto īpašību un mehānismu izpēte dotu jaunas iespējas nākotnē plašāk izmantot un uzlabot arbuskulārās mikorizas sēnes to pielietošanai agronomijas vajadzībām. Lai izpētītu arbuskulārās mikorizas sēnes (Rhizophagus irregularis) ietekmi uz tauriņziežu dzimtas auga Medicago truncatula aizsardzības reakcijām, veica eksperimentus, kuros divus kaimiņaugus pēc nepieciešamības kolonizēja un savstarpēji savienoja ar mikorizas sēni vai bez tās. Vēlāk, stimulējot vienu augu ar flagelīnu un/vai izraisot mehānisku bojājumu, pēc četrām vai 24 stundām ievāca stimulētās (lokālās) un distālās (sistēmiskās) lapas no elicitētā signālu sūtītājauga, kā arī no neapstrādātā, signālu saņemošā auga. Ievāktajiem paraugiem vēlāk noteica un analizēja ar imunitāti saistīto gēnu (MtLOX2, MtLOX4, MtVSP1, MtPAD4, MtBGL, MtLYK5) ekspresiju. M. truncatula kolonizācija ar mikorizas sēni ir ietekmējusi gan signāla sūtītāja auga, gan saņemošā auga aizsargreakcijās iesaistīto gēnu ekspresiju, samazinot to aktivitāti pēc stimulu uzlikšanas salīdzinājumā ar R. irregularis nesavienotajiem augiem. Nozīmīgi, ka daudzfaktoru dispersijas analīzes jeb MANOVA rezultāti uzrāda statistiski būtisku atšķirību starp kolonizēto un nekolonizēto paraugu gēnu ekspresijām. Iegūtie rezultāti liecina par arbuskulārās mikorizas sēnes spēju radīt izmaiņas augu aizsardzības gēnu aktivitātē priekšlaicīgi, tā apstiprinot hipotēzi par mikorizu lomu starpaugu signālu apmaiņā. Interesanti, ka signālus saņemošajā augā samazinās auga imunitātē iesaistīto gēnu ekspresija, kas potenciāli varētu novest pie lielākas dažādu patogēnu vai kaitēkļu uzņēmības jeb sistēmiski inducētās uzņēmības.

As food consumption increases, it is necessary to look for new methods and means that can improve plant productivity and protect plants from pathogens and pests. The latest studies show potential of arbuscular mycorrhizal fungi to improve plant mineral uptake from the soil and defence capabilities against various types of organisms as well as connect plants roots in united network. However, neither the ability of mycorrhiza to prematurely induce plant defence and change the activity of defence genes in pathogen unharmed plants, nor the mechanisms involved in the exchange of inter plant signals are still fully researched. Previously mentioned property and mechanism research would provide new opportunities for the wider usage and improvement of the arbuscular mycorrhizal fungi in the future, in order to improve wider mycorrhizal fungi usage for agronomic purposes. For purpose of studying the effect of the arbuscular mycorrhizal fungus (Rhizophagus irregularis) on the defence responses of the Medicago truncatula, experiments were carried out, in which two neighbouring plants were colonized if necessary and interconnected with or without the mycorrhizal fungus. Later, by stimulating one of the plants with flagellin and/or inducing mechanical damage, stimulated (local) and distal (systemic) leaves were collected from the elicited, signalling plant as well as from the untreated signal receiving plant after four or 24 hours. Defence related gene expression (MtLOX2, MtLOX4, MtVSP1, MtPAD4, MtBGL, MtLYK5) were later determined and analysed from the collected samples. The colonization of M. truncatula with mycorrhizal fungus has affected the expression of defence genes in both the signal sending plant and the signal receiving plant samples, reducing their activity after applying stimuli compared to R. irregularis unconnected plants. It is worth to mention that the results of the multivariate analysis of variance test or MANOVA show a statistically significant difference between the gene expressions of colonized and uncolonized samples. The obtained results indicate the ability of the arbuscular mycorrhizal fungus to cause changes in the activity of plant protection genes prematurely, thus confirming the hypothesis about the role of mycorrhiza in the exchange of inter plant signals. Interesting that the expression of genes involved in plant immunity decreases in the signal receiving plants, which could potentially lead to greater susceptibility to various pathogens or pests.