Молекулярно-генетические основы устойчивости подсолнечника к заразихе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Заразиха кумская, или подсолнечная (Orobanche cumana Wallr.) является облигатным паразитическим растением, специфично поражающим подсолнечник и способным вызвать значительные потери его урожая. В связи с этим получение устойчивых к заразихе сортов подсолнечника представляет важную для сельского хозяйства задачу. Селекция подсолнечника на устойчивость к заразихе была начата еще в начале XX в. Важная заслуга в этом принадлежит советским селекционерам. Однако получение новых устойчивых сортов подсолнечника сопровождалось появлением новых вирулентных рас заразихи, которые преодолевали действие генов устойчивости. Для ряда генетических локусов подсолнечника, определяющих устойчивость к заразихе, было определено местоположение на генетической карте, но лишь для некоторых из них были установлены вероятные гены-кандидаты и описан возможный молекулярный механизм их действия. Кроме того, в недавнее время были получены транскриптомные данные для устойчивых и чувствительных к заразихе сортов подсолнечника, что также позволяет приблизиться к пониманию молекулярных основ формирования устойчивости. Рассмотрению молекулярно-генетических механизмов устойчивости подсолнечника к заразихе, выявленных на основании данных по картированию локусов устойчивости и определению вероятных генов-кандидатов, а также данных транскриптомных исследований, и посвящен наш обзор.

Об авторах

М. А. Лебедева

Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии

Email: m.a.lebedeva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

М. С. Ганчева

Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии

Email: m.a.lebedeva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

М. Р. Лосев

Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии

Email: m.a.lebedeva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. А. Крутикова

Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных

Email: m.a.lebedeva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

К. В. Племяшов

Санкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медицины

Email: m.a.lebedeva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Л. А. Лутова

Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.a.lebedeva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Velasco L., Pérez-Vich B., Fernández-Martínez J.M. Research on resistance to sunflower broomrape: an integrated vision // OCL. 2016. https://doi.org/10.1051/ocl/2016002
  2. Хатнянский В.И. История селекции подсолнечника в России на устойчивость к заразихе // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2020. Т. 3. С. 147. https://doi.org/10.25230/2412-608X-2020-3-183-147-156
  3. Антонова Т.С., Стрельников Е.А., Гучетль С.З., Челюстникова Т.А. Разнообразие форм заразихи на подсолнечнике на юге России // Защита и карантин растений. 2014. Т. 11. С. 45.
  4. Антонова Т.С., Арасланова Н.М., Саукова С.Л., Ивебор М.В. К вопросу о засоренности полей в регионах РФ семенами заразихи (Orobanche Cumana Wallr.) – облигатного паразита подсолнечника // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2022. Т. 4. С. 29. https://doi.org/10.31857/2500-2082/2022/4/29-32
  5. Pérez-Vich B., Velasco L., Rich P.J., Ejeta G. Marker-assisted and physiology-based breeding for resistance to root parasitic Orobanchaceae // Parasitic Orobanchaceae / Eds. Joel D., Gressel J., Musselman L. Berlin, Heidelberg: Springer. 2013. P. 369. https://doi.org/10.1007/978-3-642-38146-1_21
  6. Vranceanu A.V., Tudor V.A., Stoenescu F.M., Pirvu N. Virulence groups of Orobanche cumana Wallr.[root parasite], differential hosts and resistance sources and genes in sunflower // Proc. 9th Int. Sunflower Conf., Torremolinos, Malaga (Spain), 8–13 June 1980. Ministerio de Agricultura, Servicio de Publicaciones Agrarias, 1981.
  7. Fernández-Martínez J.M., Pérez-Vich B., Velasco L. Sunflower Broomrape (Orobanche cumana Wallr.) // Sunflower / Eds. Martínez-Force E., Dunford N.T., Salas J.J. AOCS Press, 2015. P. 129. https://doi.org/10.1016/B978-1-893997-94-3.50011-8
  8. Joel D.M., Chaudhuri S.K., Plakhine D., Ziadna H., Steffens J.C. Dehydrocostus lactone is exuded from sunflower roots and stimulates germination of the root parasite Orobanche cumana // Phytochemistry. 2011. V. 72. P. 624. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2011.01.037
  9. Yoneyama K., Xie XiaoNan, Kisugi T., Nomura T., Sekimoto H., Yokota T., Yoneyama K. Characterization of strigolactones exuded by Asteraceae plants // Plant Growth Regul. 2011. V. 65. P. 495. https://doi.org/10.1007/s10725-011-9620-z
  10. Bharti N., Tripathi S., Bhatla S.C. Photomodulation of strigolactone biosynthesis and accumulation during sunflower seedling growth // Plant Signal Behav. 2015. V. 10: e1049792. https://doi.org/10.1080/15592324.2015.1049792
  11. Raupp F.M., Spring O. New Sesquiterpene Lactones from Sunflower Root Exudate as Germination Stimulants for Orobanche cumana // J. Agric. Food Chem. 2013. V. 61. P. 10481. https://doi.org/10.1021/jf402392e
  12. Ueno K. Furumoto T., Umeda S., Mizutani M., Takikawa H., Batchvarova R., Sugimoto Y. Heliolactone, a non-sesquiterpene lactone germination stimulant for root parasitic weeds from sunflower // Phytochemistry. 2014. V. 108. P. 122. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2014.09.018
  13. Thorogood C.J., Hiscock S.J. Compatibility interactions at the cellular level provide the basis for host specificity in the parasitic plant Orobanche // New Phytol. 2010. V. 186. P. 571. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2009.03173.x
  14. Goyet V., Wada S., Cui S., Wakatake T., Shirasu K., Montiel G., Simier P., Yoshida S. Haustorium Inducing Factors for Parasitic Orobanchaceae // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. P. 1056. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01056
  15. Fernández-Aparicio M., Masi M., Cimmino A., Evidente A. Effects of Benzoquinones on Radicles of Orobanche and Phelipanche Species // Plants. 2021. V. 10. P. 746. https://doi.org/10.3390/plants10040746
  16. Rispail N., Dita M.A., González-Verdejo C., Pérez-de-Luque A., Castillejo M.A., Prats E., Román B., Jorrín J., Rubiales D. Plant resistance to parasitic plants: molecular approaches to an old foe // New Phytol. 2007. V. 173. P. 703. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01980.x
  17. Rodríguez-Ojeda M.I., Fernández-Martínez J.M., Velasco L., Pérez-Vich B. Extent of cross-fertilization in Orobanche cumana Wallr. // Biol Plant. 2013. V. 57. P. 559. https://doi.org/10.1007/s10535-012-0301-1
  18. Höniges A., Wegmann K., Ardelean A. Orobanche resistance in sunflower // Helia. 2008. V. 31. P. 1. https://doi.org/10.2298/HEL0849001H
  19. Serghini K., Pérez de Luque A., Castejón-Muñoz M., García-Torres L., Jorrín J.V. Sunflower (Helianthus annuus L.) response to broomrape (Orobanche cernua Loefl.) parasitism: induced synthesis and excretion of 7-hydroxylated simple coumarins // J. Exp. Bot. 2001. V. 52. P. 2227. https://doi.org/10.1093/jexbot/52.364.2227
  20. Antonova T.S., Terborg S.J. The role of peroxidase in the resistance of sunflower against Orobanche cumana in Russia // Weed Research. 1996. V. 36. P. 113. https://doi.org/10.1111/j.1365-3180.1996.tb01807.x
  21. Echevarría-Zomeño S., Pérez-de-Luque A., Jorrín J., Maldonado A.M. Pre-haustorial resistance to broomrape (Orobanche cumana) in sunflower (Helianthus annuus): cytochemical studies // J. Exp. Bot. 2006. V. 57. P. 4189. https://doi.org/10.1093/jxb/erl195
  22. Letousey P., de Zélicourt A., Vieira Dos Santos C., Thoiron S., Monteau F., Simier P., Thalouarn P., Delavault P. Molecular analysis of resistance mechanisms to Orobanche cumana in sunflower // Plant Pathol. 2007. V. 56. P. 536. https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2007.01575.x
  23. Бурлов В.В., Костюк С.В. Бурлов В.В., Костюк С.В. Наследование устойчивости к местной расе заразихи (Orobanche cumana Wallr.) у подсолнечника // Генетика. 1976. Т. 12. С. 44.
  24. Погорлецкий Б.К., Гешеле Э.Э. Об иммунитете подсолнечника к заразихе // Генетика. 1975. Т. 11. С. 18.
  25. Pacureanu-Joita M., Veronesi C., Raranciuc S., Stanciu D. Parasite-host plant interaction of Orobanche cumana Wallr. (Orobanche cernua Loefl) with Helianthus annuus // Proc. 16th Int. Sunflower Conf., Fargo, ND, USA, Aug. 29–Sept. 2. 2004. P. 171.
  26. Velasco L., Perez-Vich B., Yassein A., Jan C., Fernandez-Martinez J.M. Inheritance of resistance to sunflower broomrape (Orobanche cumana Wallr.) in an interspecific cross between Helianthus annuus and Helianthus debilis subsp. tardiflorus // Plant Breeding. 2012. V. 131. P. 220. https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2011.01915.x
  27. Pacureanu-Joita M., Raranciuc S., Stanciu D., Sava E., Nastase D. Virulence and aggressiveness of sunflower broomrape (Orobanche cumana Wallr.) populations in Romania // HELIA. 2009. V. 32. P. 111. https://doi.org/10.2298/hel0951111p
  28. Imerovski I., Dimitrijević A., Miladinović D., Dedić B., Jocić S., Kočiš Tubić N., Cvejić S. Mapping of a new gene for resistance to broomrape races higher than F // Euphytica. 2016. V. 209. P. 281. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1597-7
  29. Akhtouch B., Muñoz-Ruz J., Melero-Vara J.M., Fernández-Martínez J.M., Domínguez J. Inheritance of resistance to race F of broomrape in sunflower lines of different origins // Plant Breeding. 2002. V. 121 (3). P. 266. https://doi.org/10.1046/j.1439-0523.2002.00701.x
  30. Tang S., Heesacker A., Kishore V.K., Knapp S.J. Genetic Mapping of the Or5 gene for resistance to Orobanche race E in sunflower // Crop Sci. 2003. V. 43. P. 1021. https://doi.org/10.2135/cropsci2003.1021
  31. Radwan O., Gandhi S., Heesacker A., Whitaker B., Taylor C., Plocik A., Kesseli R., Kozik A., Michelmore R.W., Knapp S.J. Genetic diversity and genomic distribution of homologs encoding NBS-LRR disease resistance proteins in sunflower // Mol. Genet. Genomics. 2008. V. 280. P. 111. https://doi.org/10.1007/s00438-008-0346-1
  32. van Wersch S., Tian L., Hoy R., Li X. Plant NLRs: The Whistleblowers of Plant Immunity // Plant Communications. 2020. V. 1. P. 100016. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2019.100016
  33. Imerovski I., Imerovski I., Dimitrijević A., Miladinović D., Dedić B., Jocić S., Kovačević B., Obreht D. Identification of PCR markers linked to different Or genes in sunflower // Plant Breeding. 2013. V. 132. P. 115. https://doi.org/10.1111/pbr.12022
  34. Duriez P., Vautrin S., Auriac M.C., Bazerque J., Boniface M.C., Callot C., Carrère S., Cauet S., Chabaud M., Gentou F., Lopez-Sendon M., Paris C., Pegot-Espagnet P., Rousseaux J.C., et al. A receptor-like kinase enhances sunflower resistance to Orobanche cumana // Nat Plants. 2019. V. 5. P. 1211. https://doi.org/10.1038/s41477-019-0556-z
  35. Pruitt R.N., Joe A., Zhang W., Feng W., Stewart V., Schwessinger B., Dinneny J. R., Ronald P. C. A microbially derived tyrosine-sulfated peptide mimics a plant peptide hormone // New Phytol. 2017. V. 215. P. 725. https://doi.org/10.1111/nph.14609
  36. Shafikova T.N., Omelichkina Y.V. Molecular–genetic aspects of plant immunity to phytopathogenic bacteria and fungi // Rus. J. Plant Physiol. 2015. V. 62. P. 571-585. https://doi.org/10.1134/S1021443715050143
  37. Hassan E.S.A.R.S., Hoeft E., Li Z., Tulsieram L. Genetic markers for Orobanche resistance in sunflower (US Patent Publication US/2008/0178325 A1). 2008.
  38. Martín-Sanz A., Pérez-Vich B., Rueda S., Fernández-Martínez J.M., Velasco L. Characterization of post-haustorial resistance to sunflower broomrape // Crop Sci. 2020. V. 60. P. 1188. https://doi.org/10.1002/csc2.20002
  39. Fernández-Aparicio M., Del Moral L., Muños S., Velasco L., Pérez-Vich B. Genetic and physiological characterization of sunflower resistance provided by the wild-derived OrDeb2 gene against highly virulent races of Orobanche cumana Wallr // Theor. Appl. Genet. 2022. V. 135. P. 501. https://doi.org/10.1007/s00122-021-03979-9
  40. Louarn J., Boniface M.C., Pouilly N., Velasco L., Pérez-Vich B., Vincourt P., Muños S. Sunflower resistance to broomrape (Orobanche cumana) is controlled by specific QTLs for different parasitism stages // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 590. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00590
  41. Li J., Timko M.P. Gene-for-gene resistance in Striga-cowpea associations // Science. 2009. V. 325. P. 1094. https://doi.org/10.1126/science.117475
  42. Badouin H., Gouzy J., Grassa C.J., Murat F., Staton S.E., Cottret L., Lelandais-Brière C., Owens G.L., Carrère S., Mayjonade B., Legrand L., Gill N., Kane N.C., Bowers J.E., et al. The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution // Nature. 2017. V. 546. P. 148. https://doi.org/10.1038/nature22380
  43. Calderón-González Á., Pérez-Vich B., Pouilly N., Boniface M.C., Louarn J., Velasco L., Muños S. Association mapping for broomrape resistance in sunflower // Front. Plant Sci. 2023. V. 13. P. 1056231. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1056231
  44. Imerovski I., Dedić B., Cvejić S., Miladinović D., Jocić S., Owens G.L., Kočiš Tubić N., Rieseberg L.H. BSA-seq mapping reveals major QTL for broomrape resistance in four sunflower lines // Mol. Breeding. 2019. V. 39. P. 41. https://doi.org/10.1007/s11032-019-0948-9
  45. Akhtouch B., Akhtouch B., del Moral L., Leon A., Velasco L., Fernández-Martínez J.M., Pérez-Vich B. Genetic study of recessive broomrape resistance in sunflower // Euphytica. 2016. V. 209. P. 419. https://doi.org/10.1007/s10681-016-1652-z
  46. Sisou D., Tadmor Y., Plakhine D., Ziadna H., Hübner S., Eizenberg H. Biological and transcriptomic characterization of pre-haustorial resistance to sunflower broomrape (Orobanche cumana W.) in sunflowers (Helianthus annuus) // Plants. 2021. V. 10. P. 1810. https://doi.org/10.3390/plants10091810
  47. McGrath K.C., Dombrecht B., Manners J.M., Schenk P.M., Edgar C.I., Maclean D.J., Scheible W.R., Udvardi M.K., Kazan K. Repressor- and activator-type ethylene response factors functioning in jasmonate signaling and disease resistance identified via a genome-wide screen of Arabidopsis transcription factor gene expression // Plant Physiol. 2005. V. 139. P. 949. https://doi.org/10.1104/pp.105.068544
  48. Huang Q., Lei Z., Xiang L., Zhang W., Zhang L., Gao Y. Transcriptomic analysis of sunflower (Helianthus annuus) roots resistance to Orobanche cumana at the seedling stage // Horticulturae. 2022. V. 8. P. 701. https://doi.org/10.3390/horticulturae8080701

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (399KB)
Метаданные

© М.А. Лебедева, М.С. Ганчева, М.Р. Лосев, А.А. Крутикова, К.В. Племяшов, Л.А. Лутова, 2023