ACYL-HOMOSERINE LACTONES FOR CROP PRODUCTION AND STRESS TOLERANCE OF AGRICULTURAL PLANTS (review)

Abstract

Ацилгомосеринлактоны (АГЛ)-класс молекул медиаторов, координирующих активность клеток в популяции грамотрицательных бактерий. АГЛ синхронизируют индивидуальные клеточные геномы, благодаря чему бактериальная популяция функционирует как многоклеточный организм. Они обеспечивают дистанционный сигналинг между бактериями-колонизаторами фитосферы, что позволяет популяции реагировать на внешний сигналинг и устанавливать симбиотические либо антагонистические отношения с растением-хозяином (A.R. Stacy с соавт., 2018; А. Shrestha с соавт., 2020). Ауторецепция количественных параметров бактериальной популяции называется «quorum sensing» (QS) (R.G. Abisado с соавт., 2018). QS-системы образуют сигнальные молекулы аутоиндукторы, легко проникающие из клеток в окружающую среду и обратно в клетку (M.B. Miller с соавт., 2001; B. Bassler, 2002). Системам QS принадлежит ключевая роль в регуляции метаболических и физиологических процессов, происходящих в бактериальной клетке (M. Frederix с соавт., 2011; M. Whiteley с соавт., 2017). Бактериальный сигналинг воспринимается эукариотами, которые образуют симбиоз с микробными сообществами (S.T. Schenk с соавт., 2015; Л.М. Бабенко с соавт., 2016, 2017). Рост и развитие растения, ассимиляция питательных веществ, стрессоустойчивость во многом определяются характером такого взаимодействия (H.P. Bais с соавт., 2006; R. Ortíz-Castro с соавт., 2009; S. Basu с соавт., 2017). Управлять бактериальным сигналингом растению позволяет система «quorum quenching» (QQ) (N. Calatrava-Morales с соавт., 2018), механизм действия которой состоит в подавлении растительными метаболитами синтеза АГЛ, конкуренции с АГЛ за связывание с рецепторными белками, репрессии QS-контролируемых генов (H. Zhu с соавт., 2008; R. Sarkar с соавт., 2015). Однако в настоящее время молекулярные механизмы, с помощью которых растения реагируют на бактериальный сигналинг, до конца не выяснены. Часть метаболитов АГЛ-сигналинга охарактеризованы, однако их роль в химическом взаимодействии партнеров в большинстве случаев требует дальнейшего изучения. Показано, что явление QS и его участники причастны к регуляции взаимодействий между про-и эукариотами, в том числе к формированию биопленок, синтезу фитогормонов, трансферу плазмид, продукции факторов вирулентности, биолюминесценции, споруляции, образованию клубеньков (Л.М. Бабенко с соавт., 2017). Различия в строении молекул обеспечивают распознавание бактериями собственных АГЛ и отделение чужеродных. Перенос АГЛ от бактерии к растению-хозяину осуществляется при помощи мембранных везикул (M. Toyofuku, 2019). В последние годы активно изучаются генетика, геномика, биохимия и сигнальное разнообразие молекул QS. Регулирование функций ризосферынаиболее динамичного сайта взаимодействия растения и ассоциированной с ним микрофлоры с участием АГЛ приобретает особое значение при разработке новых биотехнологических подходов, направленных на повышение урожайности и стрессоустойчивости аграрных культур. Одна из эффективных технологий повышения устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам-предпосевна...

Bacterial signaling molecules of acyl-homoserine lactone type: effect on plant growth and stress resistance

“…Íà ñüî-ãîäí³ íà ðèíêó ïðåäñòàâëåí³ ÷îòèðè ãðóïè ì³êðîá³îëîã³÷íèõ çàñîá³â, çäàòíèõ ï³äâèùóâàòè ðîäþ÷³ñòü ´ðóíòó ³ çàáåçïå÷óâàòè çàõèñò ðîñëèí. Öå àçîòô³êñàòîðè (àñîö³àòèâí³ ³ ñèìá³îòè÷í³), áàêòå𳿠ôîñôàò-ìîá³ë³çàòîðè, ô³òîñòèìóëÿòîðè, à òàêîae áàêòåð³àëüí³ çàñîáè, ÿê³ ðîçêëàäàþòü ðåøòêè ðîñëèí [10,60]. Íåäîë³êàìè òàêèõ á³îïðåïàðàò³â º ñêëàäí³ñòü çàñòîñóâàííÿ, ñåçîííà çàëåaeí³ñòü ³ âèñîêà âàðò³ñòü.…”

“…Äëÿ çàáåçïå÷åííÿ çðîñòàþ÷èõ ïîòðåá ó ïðîäóêòàõ õàð÷óâàííÿ íå-îáõ³äí³ àãðîá³îòåõíîëî㳿, ÿê³ á áåçïå÷íî ï³äâèùèëè ê³ëüê³ñòü ³ ÿê³ñòü ñ³ëüñüêîãîñïîäàðñüêî¿ ïðîäóêö³¿ [7][8][9][10]. Âèêîðèñòàííÿ áàêòåð³àëüíèõ ³íîêóëÿò³â ³ áàêòåð³àëüíèõ ðåãóëÿòîð³â ðîñòó äëÿ ïåðåäïîñ³âíîãî ïðàéìóâàííÿ íàñ³ííÿ ³ ôîë³àðíî¿ îáðîáêè ðîñëèí ðîçãëÿäàþòü ÿê ïåðñïåêòèâíèé á³îòåõíîëîã³÷íèé ï³äõ³ä [7,10]. Òàê çâàíà «çåëåíà» òåõíîëîã³ÿ íàáóâຠäåäàë³ á³ëüøî¿ ïîïóëÿðíîñò³.…”

“…QS-ðåãóëÿö³þ âñòàíîâëåíî á³ëüø ÿê äëÿ 500 âèä³â áàêòåð³é. Ñèñòåìàì QS íàëåaeèòü êëþ÷îâà ðîëü ó êåðóâàíí³ ìåòàáîë³÷íèìè ³ ô³ç³îëîã³÷íèìè ïðîöåñàìè áàê-òåð³àëüíî¿ êë³òèíè [10,12]. Íîâ³òí³ äîñë³äaeåííÿ ïðîäåìîíñòðóâàëè, ùî QS íà îñíîâ³ AÃË ïîøèðåíèé ó ðèçîñôåð³ òà åíäîô³òíèõ óãðóïîâàííÿõ áàãàòüîõ ðîñëèí [13].…”

“…Îäíà áàê-òåð³ÿ ìîaeå ïðîäóêóâàòè ê³ëüêà ð³çíèõ ìîëåêóë AÃË. ³äì³ííîñò³ â áó-äîâ³ ìîëåêóë çàáåçïå÷óþòü ðîçï³çíàâàííÿ áàêòåð³ÿìè âëàñíèõ i ÷ó-aeîð³äíèõ AÃË [10,12]. Ïîâ³äîìëÿëîñÿ, ùî L-³çîìåðè AÃË âèÿâëÿþòü äîì³íóþ÷ó á³îëîã³÷íó àêòèâí³ñòü ïîð³âíÿíî ç D-³çîìåðàìè, ÿê³ íå âèêëèêàþòü ðåàêö³¿ ó ðîñëèí [13].…”

Molecular mechanisms of N‐acyl homoserine lactone signals perception by plants

“…Bacterial "quorum sensing" (QS) mechanisms play a key role in the life of a bacterial population. This is a system of intercellular communication among bacteria, which depends on the density of the cell population and coordinates the formation of responses to changes in environmental conditions (Babenko et al, 2021;. QS regulation is established for more than 500 species of bacteria.…”