ФГБНУ "Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия" (лаборатория физиологии и биохимии растений, Заведующая лабораторией)
Краснодар, Краснодарский край, Россия
Краснодарский край, Россия
ВАК 4.1.1 Общее земледелие и растениеводство
ВАК 4.1.2 Селекция, семеноводство и биотехнология растений
ВАК 4.1.3 Агрохимия, агропочвоведение
ВАК 4.1.4 Садоводство, овощеводство, виноградарство и лекарственные культуры
ВАК 4.1.5 Мелиорация, водное хозяйство и агрофизика
ВАК 4.2.1 Патология животных, морфология, физиология, фармакология и токсикология
ВАК 4.2.2 Санитария, гигиена, экология, ветеринарно-санитарная экспертиза и биобезопасность
ВАК 4.2.3 Инфекционные болезни и иммунология животных
ВАК 4.2.4 Частная зоотехния, кормление, технологии приготовления кормов и производства продукции животноводства
ВАК 4.2.5 Разведение, селекция, генетика и биотехнология животных
ВАК 4.3.3 Пищевые системы
ВАК 4.3.5 Биотехнология продуктов питания и биологически активных веществ
УДК 634.8.03 Вегетативные виноградные лозы (выращивание и размножение)
УДК 581.1 Физиология растений
УДК 581.54 Климатические условия. Времена года. Космические влияния с экологической точки зрения
Цель исследования – изучение влияния засухи, высокотемпературного стресса и их комбинации на транскрипционные реакции винограда различного происхождения, определяющие иммунный ответ. Исследование проведено на сортах винограда различного происхождения в моделируемых стрессовых условиях. Методы исследования общепринятые. Происхождение сорта винограда оказывало влияние на устойчивость к разным стрессовым факторам. Сорт Каберне-Совиньон в равной степени повреждался засухой, высокой температурой и их комбинированным действием (увеличение EL на 22 %). Сорта Молдова и Курчанский повреждались засухой (увеличение EL на 21 и 19 % соответственно), сорт Морозко повреждался засухой на 31 % и температурой на 45 %. Экспрессия генов «иммунного ответа» PR2, PR3, STS согласована с преобладающей устойчивостью сорта винограда к засухе или высокой температуре. При комбинировании засухи и высокой температуры уровень экспрессии данных генов снижался относительно воздействия отдельных стрессов, возрастала экспрессия генов NCED и MYC2, которые обус¬ловливают ответную реакцию на абиотический стресс. Каждый сорт демонстрировал индивидуальные особенности приспособления к засухе, высокотемпературному стрессу и их комбинации. Установлено, что в условиях высоких температур и засухи защитные реакции против патогенов активно функционируют, а комбинированное действие двух факторов снижает уровень «иммунной» защиты сортов винограда евро-американского происхождения (Молдова, Кутузовский). Для сорта евро-амурского происхождения Морозко было характерно повышение экспрессии генов PR5 и PR10, связанных с иммунным ответом, при комбинированном действии абиотических стрессоров, что может обеспечивать усиленные защитные реакции.
виноград, засуха, высокотемпературный стресс, комбинированный стресс, экспрессия генов, иммунный ответ, PR гены, NCED, MYC2
1. Петров В.С., Алейникова Г.Ю., Новикова Л.Ю., и др. Влияние изменений климата на фенологию винограда // Плодоводство и виноградарство Юга России. 2019. № 57 (3). C. 29–50. DOI:https://doi.org/10.30679/2219-5335-2019-3-57-29-50. EDN: https://elibrary.ru/HDLGEU.
2. Thind T.S., Arora J.K., Mohan C., et al. Epidemiology of powdery mildew, downy mildew and anthracnose diseases of grapevine // Diseases of fruits and vegetables. 2004. Vol. 1. P. 621–638. DOI:https://doi.org/10.1007/1-4020-2606-4_14.
3. Baron C., Domke N., Beinhofer M., et al. Elevated temperature differentially affects virulence, VirB protein accumulation, and T-pilus formation in different Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium vitis strains // Journal of bacteriology. 2001. Dec. P. 6852–6861. DOI:https://doi.org/10.1128/JB.183.23.6852-6861.2001.
4. Feil H., Purcel A. Temperature-dependent growth and survival of Xylella fastidiosa in vitro and in potted grapevines // Plant Disease. 2001. Vol. 85, № 12. P. 1230–1234. DOI:https://doi.org/10.1094/PDIS.2001. 85.12.1230.
5. Valero M., Ibañez A., Morte A. Effects of high vineyard temperatures on the grapevine leafroll asso-ciated virus elimination from Vitis vinifera L. cv. Napoleon tissue cultures // Scientia Horticulturae. 2003. Vol. 97, № 3-4. P. 289–296. DOI:https://doi.org/10.1016/S0304-4238(02)00212-1. EDN: https://elibrary.ru/BFVHKP.
6. Choi H.-K., Iandolino A., da Silva F.G., et al. Water deficit modulates the response of Vitis vinifera to the Pierce’s disease pathogen Xylella fastidiosa // Molecular Plant-Microbe Interactions. 2013. Vol. 26, № 6. P. 643–657. DOI:https://doi.org/10.1094/MPMI-09-12-0217-R. EDN: https://elibrary.ru/ROUEEZ.
7. Heyman L., Chrysargyris A., Demeestere K., et al. Responses to drought stress modulate the susceptibility to Plasmopara viticola in Vitis vinifera self-rooted cuttings // Plants. 2021. № 10. P. 273. DOI:https://doi.org/10.3390/plants10020273. EDN: https://elibrary.ru/SWHCJI.
8. Gupta A., Senthil-Kumar M. Concurrent stresses are perceived as new state of stress by the plants: overview of impact of abiotic and biotic stress combinations // Plant Tolerance to Individual and Concurrent Stresses. New Delhi: Springer India, 2017. P. 1–15. DOI:https://doi.org/10.1007/978-81-322-3706-8_1.
9. Atkinson N.J., Urwin P.E. The interaction of plant biotic and abiotic stresses: from genes to the field // Journal of Experimental Botany. 2012. Vol. 63, № 10. P. 3523–3543. DOI:https://doi.org/10.1093/jxb/ers100.
10. Wu Y., Deng Z., Lai J., et al. Dual function of Arabidopsis ATAF1 in abiotic and biotic stress respon-ses // Cell Res. 2009. № 19. P. 1279–1290. DOI:https://doi.org/10.1038/cr.2009.108.
11. Berens M.L., Wolinska K.W., Spaepen S., et al. Balancing trade-offs between biotic and abiotic stress responses through leaf age-dependent variation in stress hormone cross-talk // PNAS. 2019. Vol. 116, № 6. P. 2364–2373. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1817233116.
12. Jambunathan N. Determination and detection of reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation, and electrolyte leakage in plants. In: Sunkar R., editor. Plant stress tolerance. Methods in Molecular Biology. Humana Press, 2010. P. 639. DOI:https://doi.org/10.1007/978-1-60761-702-0_18.
13. Hodges D.M., DeLong J.M., Forney C.F., et al. Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds // Planta. 1999. № 207. P. 604–611. DOI:https://doi.org/10.1007/s004250050524. EDN: https://elibrary.ru/ATYTJV.
14. Сундырева М.А., Луцкий Е.О. Выделение и очистка тотальной РНК с помощью модифицированного метода CTAB/LiCl из тканей винограда и садовых культур. В сб.: Егоров Е.А., Ильина И.А., Агеева Н.М., и др. Современные инструментальные и полевые методы исследований плодовых культур и винограда, продуктов их переработки. Краснодар: Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия, 2024. С. 23–31.
15. Schmittgen T., Livak K. Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method // Nat. Protocols. 2008. Vol. 3, № 6. P. 1101–1108. DOI:https://doi.org/10.1038/nprot.2008.73.
16. Xu H., Liu G., Liu G., et al. Comparison of investigation methods of heat injury in grapevine (Vitis) and assessment to heat tolerance in different cultivars and species // BMC Plant Biol. 2014. № 14. P. 156. DOI:https://doi.org/10.1186/1471-2229-14-156. EDN: https://elibrary.ru/UROKPX.
17. Atak A. Vitis species for stress tolerance/resistance // Genet Resour Crop Evol. 2025. Vol. 72. P. 2425–2444. DOI:https://doi.org/10.1007/s10722-024-02106-z. EDN: https://elibrary.ru/WMAVRP.
18. Zha Q., Xi X., He Y., et al. Water limitation mitigates high-temperature stress injuries in grapevine cultivars through changes in photosystem II efficiency and antioxidant enzyme pathways // Acta Physiologiae Plantarum. 2019. Vol. 41, № 6. P. 83. DOI:https://doi.org/10.1007/s11738-019-2875-0. EDN: https://elibrary.ru/EMMCAJ.
19. Ozden M., Demirel U., Kahraman A. Effects of proline on antioxidant system in leaves of grapevine (Vitis vinifera L.) exposed to oxidative stress by H2O2 // Scientia Horticulturae. 2009. Vol. 19, № 2. P. 163–168. DOI:https://doi.org/10.1016/j.scienta.2008.07.031.
20. Gill S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants // Plant Physiology and Biochemistry. 2010. Vol. 48, № 12. P. 909–930. DOI:https://doi.org/10.1016/j. plaphy.2010.08.016. EDN: https://elibrary.ru/OLSVGT.
21. Xiao F., Yang Z.Q., Lee K.W. Photosynthetic and physiological responses to high temperature in grapevine (Vitis vinifera L.) leaves during the seedling stage // The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2016. Vol. 92, № 1. P. 2–10. DOI:https://doi.org/10.1080/14620316.2016.1211493. EDN: https://elibrary.ru/YDKMDV.
22. Dou F., Phillip F.O., Liu G., et al. Transcriptomic and physiological analyses reveal different grape varieties response to high temperature stress // Front. Plant Sci. 2024. Vol. 15. P. 1313832. DOI:https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1313832. EDN: https://elibrary.ru/ERDTJS.
23. Pagliarani C., Moine A., Chitarra W., et al. The Molecular Priming of Defense Responses is Differently Regulated in Grapevine Genotypes Following Elicitor Application against Powdery Mildew // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21, № 18. P. 6776. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms21186776. EDN: https://elibrary.ru/QDSMED.
24. Liu L., Liu CY., Wang H. The abscisic acid receptor gene VvPYL4 positively regulates grapevine resistance to Plasmopara viticola // Plant Cell Tiss Organ Cult . 2020. Vol. 142. P. 483–492. DOI:https://doi.org/10.1007/s11240-020-01872-9. EDN: https://elibrary.ru/ECQQGZ.
25. Hazarika P., Singh H.R., Das D.K. Priming of plant’s immune system: the future sustainable approach for tea improvement // Discov. Plants. 2024. Vol. 1. P. 31. DOI:https://doi.org/10.1007/s44372-024-00035-w. EDN: https://elibrary.ru/CNOMJE.
26. Amaro R., Diniz I., Santos H., et al. Hormone changes in tolerant and susceptible grapevine leaves under powdery mildew infection // J Plant Growth Regul. 2023. Vol. 42. P. 3606–3614. DOI:https://doi.org/10.1007/s00344-022-10823-x. EDN: https://elibrary.ru/VRSUIS.
27. Song C., Cao Y., Dai J., et al. The multifaceted roles of MYC2 in plants: toward transcriptional reprogramming and stress tolerance by jasmonate signaling. // Front. Plant Sci. 2022. Vol. 13. P. 868874. DOI:https://doi.org/10.3389/fpls.2022.868874. EDN: https://elibrary.ru/CJIXHQ.
28. Ciaffi M., Paolacci A.R., Paolocci M., et al. Transcriptional regulation of stilbene synthases in grapevine germplasm differentially susceptible to downy mildew // BMC Plant Biol. 2019. Vol. 19. P. 404. DOI:https://doi.org/10.1186/s12870-019-2014-5. EDN: https://elibrary.ru/CJFLSZ.
29. Hanzouli F., Daldoul S., Zemni H., et al. Stilbene production as part of drought adaptation mechanisms in cultivated grapevine (Vitis vinifera L.) roots modulates antioxidant status // Plant biology. 2024. Vol. 27, № 1. P. 102–115. DOI:https://doi.org/10.1111/plb.13738. DOI:https://doi.org/10.1111/plb.13738. EDN: https://elibrary.ru/USSIIQ.
30. Zhai N., Jia H., Liu D., et al. GhMAP3K65, a cotton raf-like map3k gene, enhances susceptibility to pathogen infection and heat stress by negatively modulating growth and development in transgenic Nicotiana benthamiana // International Journal of Molecular Sciences. 2017. Vol. 18, № 11. P. 2462. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms18112462.
31. Islam Md.M., El-Sappah A.H., Ali H.M., et al. Pathogenesis-related proteins (PRs) countering environmental stress in plants: A review // South African Journal of Botany. 2023. Vol. 160. P. 414–427. DOI:https://doi.org/10.1016/j.sajb.2023.07.003. EDN: https://elibrary.ru/POCPMU.
32. Hatmi S., Gruau C., Trotel-Aziz P., et al. Drought stress tolerance in grapevine involves activation of polyamine oxidation contributing to improved immune response and low susceptibility to Botrytis cinerea // Journal of Experimental Botany. 2014. Vol. 66, № 3. P. 775–787. DOI:https://doi.org/10.1093/jxb/eru436.
