Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость выясне"мя механизмов устойчивости растений к вирусам определяется их связью с практическими задачами охраны растений от вирусов. Ущерб, наносимый вирусами, очень велик, так как вирусные болезни значніелвно снижают урожай сельскохозяйственных культур и ухудшают товарные качества продуктов.
Химические методы борьбы имеют ряд ограничений. Во-первых, они небезопасны для человека v окружающей среды Во-вторых, химические методы применяются, в основном, в тех случаях, когдп вирусы передаются от растения к растению насекомыми-переносчиками, против которых и используются химические средства защиты растений В-третьих, они недостаточно эффективны, так как их использование не дает 100 %-ного положительного эффекта и часто происходит быстрое привыкание переносчиков к инсектицидам.
Наиболее перспективно с экологической точки зрения использовать защитные механизмы самих растений сформировавшиеся л процессе длительной совместной эволюции растений и патогенов [Вавилов, 1967], но они еще недостаточно изучены. Это объясняется, во-первых, их сложностью, во-вторых, отсутствием до недавнего времени модельных систем и методов, посредством которых можно было бы разграничить и воспроизвести разные этапы взаимодействия вирус - растение и дать им количественные характеристики. Сейчас положение иное. Разработаны іакие системы как изолированные протопласты и клетки, позволящие моделировать отдельные этапы взаимодействия вируса с растением Соврем? иные, о том числе /, применяемые в данной работе, методы дают возможность количественно характеризонать некоторые события, происходящие в больном растении.
Цель и основные задачи работы. Целью настоящей работы было изучение механизмов устойчивости сверхчувствительных растений >а
бакп к вирусу табачной мозаики (ВГМ). В ходе работі,і решались следующие задачи:
1). Сравнить проникновение частиц ВТМ в листья чувствительных и сверхчувствительных растений в процессе механической инокуляции
2). Определить динамику накопления разных штаммов ВТМ и ингибиторов вирусной репликации в растениях, различающихся по своей реакции на вирусное поражение.
3). Сравнить "ближний" транспорт ВТМ от клетки к клетке в листьях разных растений-хозяев.
4). Изучить иекротизацию инфицированных клеток сверхчувствительных растений.
5) Охарактеризовать приобретенную устойчивость сверхчувствительных растений к повторному заражению вирусом.
Нахчна.я_.НОвизна_ Работа представляет собой первую попытку комплексного исследования основных этапов инфекционного процесса у родственных растений, сходных по своему морфологическому строению, но по-разному реагирующих на заражение одними и теми же вирусами, с целью выяснении механизмов устойчивости растений против вирусов.
Впервые доказано, что при равных условиях заражения у чувствительных, толерантных и сверхчувствительных растений табака заражается одинаковое число эпидермальных и мезофильных клеток и в листьях образуется равное количество инфекционных центров.
Впервые дана сравнительная характеристика поглощения частиц DTM протопластами, изолированными из листьев чувствительных и сверхчувствительных растений табака, в зависимости от условий инокуляции. Впервые изучено поглощение частиц ВТМ протопластами, изолированными из листьев с приобретенной устойчивостью к повторному заражению вирусом.
Впервые получены данные об агрегации, деградации и инактивации частиц ВТМ в межклеточном пространстве листьев чувствительных и сверхчувствительных растений табака. Показана зависимость защитной активности апопласта от развития приобретенной устойчивости сверхчувствительных растений.
Впервые установлено, что снижение по сравнению с чувствительными растениями скорости накопления вируса е листьях сверхчувствительных растений после формирования локальных некрозов зависит от гена, контролирующего реакцию сверхчувствительности
Впервые показано, что у сверхчувствительных растений с геном N'
образование некрозов не тормозит транспорт ВТМ от клетки к клетке и локализация вируса происходит на уровне листа.
Впервые доказано, что для индукции в клетках гена N, определяющего сверхчувствительную реакцию растений табзка к ВТМ, необходима клёточнач ст --нка Согласно начшм данным, состояние индукции гена N сохраняется пссль сиру^сия интрггаци'/" клеток и реализуется в изолированных протопластах, находящихся в гипертонических условиях.
Впервые обнару>;зно, чго увеличение проницаемости клеточных мембран происходит но топько в не,<ротизирующихся клетках, но и в клетках межнекрозного пространства зараженных листьев сверхчувствительных растении табака.
Виеррыс провіздоялі часини,ія ичисиа, определены белковая природа и молекулярная масса (примерно 70 КД) "киллера протопластов", ответственного, как предполагали ранее i'Hooiey, McCarthy, 1930], за некротизацию инфицированных клеток сверхчувствительных растений табака. Показано, что он непосредственно действует ча клеточные мембраны.
Впервые доказано, что вещества, образующиеся в первично зараженных листьях сверхчувствительных растений и вызывающие развитие приобретенной устойчивости, являются не вирусными ингибиторами, а индукторами их образования.
Основные защищаемые положения:
-
Чувствительные, толерантные и сверхчувствительные растения табака одинаково устойчивы к проникновению ВТМ в листья в процессе механической инокуляции.
-
До появления локальных некрозов ВТМ размножается и транспортируется в листьях сверхчувствительных и чувствительных растений табака с равной скоростью.
-
У сверхчувствительных растений табака, зараженных ВТМ, а клеточной стенке активируется или образуется индуктор гона N, способный вызывать экспрессию гена и в изолированных клетках, находящихся в гипертонических условиях. Одним из результатов его экспрессии является накопление 'киллера протопластов" (кислого белка с молекулярной массой примерно 70 КД). который непосредственно разрушает клеточные мембраны.
-
Вещества, образующиеся в первично зараженных листьях сверхчувствительных растений табака и ответственные за развитие г/лсте.м-ной приобретенной устойчивости, являются индукторами образования
вирусных ингибиторов.
Практическая значимость. Настоящая работа направлена на развитие фундаментальных знаний о метаболизме растений, пораженных вирусами. Разработка биологических основ охраны растений от вирусов и создание высокопродуктивных и устойчивых сортов сельскохозяйственных растений невозможны без ясных представлений о защитных механизмах растений, различающихся по своей реакции на заражение вирусами. Полученные данные по накоплению и транспорту вируса в растениях, по регуляции в разных модельных системах гена N, контролирующего реакцию сверхчувствительности у растений табака, по деградации и инактивации вирусных частиц в апопласте, по накоплению вирусных ингибиторов могут быть использованы при разработке критериев вирусоустойчивости растений. Материалы работы нашли практическое применение в лабораторных занятиях и лекциях (Биоло-го-лочвенный факультет Дальневосточного государственного университета).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международном совещании социалистических стран по проблемам устойчивости растений (Галле, 1932), XV Международном тихоокеанском конгрессе (Новая Зеландия, 1983), VIII Всесоюзном совещании "Вирусные болезни растений и меры борьбы с ними" (Вильнюс, 1984), VIII Съезде Всесоюзного микробиологического общества (Алма-Ата, 1985), VIII Всесоюзном совещании по иммунитету растений к болезням и вредителям (Рига, 1986), VII Международном конгрессе по вирусологии (Эдмонтон, 1987), XVI Международном конгрессе по генетике (Торонто, 1988), 20v и Зем Международных симпозиумах по вирусам с +РНК (Вена, 1989, Флорида, 1992), 10 Конференции чехословацких вирусологов (Прага, 1989), Всесоюзном семинаре по приобретенной устойчивости (Ростов-на-Дону, 1989), Конференции, посвященной 100-летию со дня открытия вирусов Д.И. Ивановским (Ростов-на-Дону, 1992), I Мировом конгрессе по клеточной и молекулярной биологии (Париж, 1992), II и III съездах Всероссийского общества физиологов растений (Минск, 1992, С.-Петербург, 1993).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 35 работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 357 страницах, состоит из введения, 6 глав, заключения с выводами. Первая глава представляет собой обзор литературы по теме работы. Вторая глава содержит описание материала и использованных методов. В третьей главе представлены результаты опытов по изучению устойчивое-
