Влияние низкой освещённости на восприимчивость томатов к болезням и механизмы защиты

Глобальной проблемой являются вспышки болезней растений при низкой интенсивности света, что ведёт к значительным потерям урожая. При этом механизмы влияния низкой освещённости на защиту растений изучены плохо. Известно, что условия высокой освещённости усиливают защиту растений за счёт всплеска активных форм кислорода (АФК), однако роль АФК при низком свете остаётся неоднозначной.

В августе 2023 года журнал Horticulture Research опубликовал исследование "Transcriptomic and genetic approaches reveal that low-light-induced disease susceptibility is related to cellular oxidative stress in tomato".

С помощью RNA-seq анализа изучалась восприимчивость растений томата к Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) при разной интенсивности света, с фокусом на окислительно-восстановительные процессы. Исследование показало, что при низкой освещённости растения томата демонстрировали:

• Повышенную тяжесть заболевания и количество бактерий.
• Усиленное накопление АФК и окисление белков по сравнению с условиями нормального света.

Анализ экспрессии генов и активности ферментов выявил, что защитные реакции, в частности с участием аскорбатпероксидазы 2 (APX2) и других антиоксидантных ферментов, значительно индуцировались при нормальном свете, но оставались неактивными при низком. Это сопровождалось снижением соотношения аскорбат/дегидроаскорбат (AsA/DHA) при низком свете, что указывает на нарушение клеточного редокс-гомеостаза.

Эффективность антиоксидантной системы была снижена при низкой освещённости, с существенным подавлением генов, связанных с антиоксидантными ферментами, после инокуляции Pst DC3000. Это подтвердилось количественной оценкой активности ферментов и соотношений AsA/DHA.

Мутанты по гену APX2, созданные с помощью редактирования генома CRISPR-Cas9, показали повышенную восприимчивость к Pst DC3000 при низком свете. Это состояние удалось смягчить обработкой экзогенным AsA, что подчёркивает критическую роль APX2 в защите растений, особенно в условиях стресса от низкой освещённости.

Вывод: Комбинируя RNA-seq, оценку ферментативной активности и генетические манипуляции (CRISPR-Cas9), исследование проясняет сложную взаимосвязь между интенсивностью света, окислительным стрессом и механизмами защиты растений. Подчёркивается важность поддержания клеточного редокс-гомеостаза для устойчивости растений, особенно в условиях низкой освещённости, что открывает перспективы для стратегий защиты урожая.