New genetic tools for plant defense against parasitic nematodes

Abstract

Нематоды относятся к числу значимых вредителей сельскохозяйственных растений. В обзоре рассмотрены последние данные о молекулярных механизмах устойчивости растений к цистообразующим и галловым нематодам, среди которых одни из наиболее вредоносных видов: Globodera rostochiensis, G. pallida, Heterodera schachtii, Meloidogyne chitwoodi и M. incognita. Например, золотистая картофельная нематода G. rostochiensis, зарегистрированная в 61 субъекте РФ на общей площади 1.8 млн га, способна приводить к потере от 19 до 90 % урожая картофеля. Биологические особенности нематод затрудняют разработку агротехнических способов борьбы с ними: цисты G. rostochiensis сохраняют жизнеспособность в почве в течение многих лет, нематициды токсичны или малоэффективны, поэтому предпочтительным методом борьбы с ними является интрогрессия генов устойчивости от родственных культурных и дикорастущих видов. Стратегия жизненного цикла цистообразующих и галловых нематод основана на способности личинок проникать в корни восприимчивых видов растений, репрограммировать клетки растения-хозяина, формирующие гигантские клетки или синцитии в качестве питающих структур, а также ингибировать иммунный ответ. Молекулярные механизмы, лежащие в основе такого взаимодействия в системе «патоген–хозяин», вызывают значительный интерес как с точки зрения управления морфогенезом растений, так и в аспекте разработки безопасных и эффективных способов борьбы с паразитическими нематодами. В обзоре рассмотрены данные об эффекторах, с помощью которых разные виды нематод контролируют иммунный ответ растения-хозяина, а также гены устойчивости (R-гены) и некоторые молекулярные механизмы, прерывающие формирование питающих структур и развитие паразита. Приведены новые данные о способах генетического контроля, основанных на одном из активно обсуждаемых в последнее время варианте механизма РНК-интерференции – HIGS (host induced gene silencing), представляющем собой адресное выключение экспрессии гена-мишени в клетках личинки нематоды с помощью специфических двуцепочечных РНК, синтезирующихся в клетках растения-хозяина. Индукция РНК-интерференции в клетках растений приводит к появлению молекул-медиаторов, способных инициировать аналогичный процесс в клетках фитофагов, взаимодействующих с растением, в том числе у личинок нематод. Описаны случаи, в которых такое адресное выключение экспрессии генов-мишеней приводило к нарушениям развития личинок и высокому уровню защиты сельскохозяйственных растений от наиболее опасных видов нематод.