4.4. Значение аминокислот в механизме нематодоустойчивости

В основе трофических связей в системе паразит - хозяин лежат реакции обмена, направляемые и контролируемые генотипом хозяина через ферментные системы обоих партнеров. Галловые нематоды воздействуют своими ферментами на многие звенья синтетических и обменных процессов в поражаемых ими клетках, тканях я органах растений-хозяев (Турлыгина, 1957; Бодрова, 1961; Покровская, 1968; Зиновьева, 1978; Окопный, 1979, 1960; Owens, Botting, 1966; Veeсh, 1981).

В результате такого воздействия в пораженных тканях (галлах) происходит накопление свободных аминокислот, белков, нуклеиновые кислот, некоторых минеральных веществ (Owens, Botting, 1966). Одновременно установлено, что в таких тканях снижается содержание углеводов, целлюлозы и лигнина, т.е. компонентов наиболее важных в образовании защитных барьеров (некрозов) на пути движения мелойдогин. Для изучения механизма взаимодействия паразита и хозяина важно знать не только средства нападения паразита, но я какие соединения я компоненты их превращения лежат в основе защитной реакция растения. Согласно концепция К.Т. Сухорухова (1968) паразитарные организмы в питании приспособлены к обмену веществ растения и обслуживаются его же системой ферментов. Следовательно, аминокислоты, как составные части белков растения, определяют его пищевую ценность для нематод. Наличие достаточного количества аминокислот, способных связывать аммиак (конечный продукт выделения нематод), - необходимое условие жизни фитогельминта в растении. Как предшественники биосинтеза алкалоидов, в том числе и токсичных для нематод, аминокислоты представляют несомненный интерео для выяснения их роли в системе паразит - хозяин высокоспециализированных фитогельминтов рода Meloidogyne (Окопный, 1978, 1979).

Такие аминокислоты, как лизин, фенилаланин, глютаминовая кислота, пролин и триптофан, занимающие центральное место в биосинтезе алкалоидов, вовлекаются в устойчивых формах томата в биосинтез гликолалкалоидов. Содержание указанных аминокислот в корнях устойчивых форм по отношению к восприимчивым низкое. Высока их пищевая ценность для личинок мелойдогин, так как они относятся к незаменимым аминокислотам. Сложность приживания личинок галловой нематоды в корнях устойчивых форм объясняется низким содержанием важных в пищевом отношении аминокислот, с одной стороны, и повышенным содержанием алкалоидов в корнях таких растений - с другой (Окопный, 1979, 1980).

Низкое содержание аспарагиновой и глютаминовой кислот в корнях устойчивых форм не способствует связыванию выделяемого нематодами аммиака, токсичность которого для последних известна. В результате этого создается неблагоцриятная для нематод среда.

Аминокислоты, как указывалось выше, определяют пищевую ценность белков растений, связывают аммиак, образующийся в результате выделения нематод, являются предшественниками биосинтеза алкалоидов, в том числе токсичных для мелойдогин. Поэтому мы поставили перед собой задачу изучить роль некоторых аминокислот в корнях сортов томата, контрастных по устойчивости к галловой нематоде.

Установлено пониженное содержание аминокислот в корнях устойчивых форм томата по сравнению с восприимчивыми (табл. 22). Анализ полученных данных позволяет заключить, что такие аминокислоты, как гистидин, аргинин, которые накапливаются в галлах, мелойдогинозных растений, в устойчивых образцах содержатся в малом количестве. Поскольку в синтезе биополимеров эти аминокислоты играют важную роль, то можно полагать, что их низкое содержание в корнях устойчивых растений томата является также одним из факторов, отрицательно влияющих на приживаемость личинок нематоды.

Таблица 22. Содержание аминокислот в корнях сортов томата, контрастных по устойчивости к галловой нематоде (1987-1980 гг.)

Аммиак, образующийся в тканях, может связываться глютаминовой кислотой с последующим образованием глютамина. Аспарагиновая кислота также служит акцептором аммиака (конечного продукта обмена нематод). Поэтому низкое содержание аминокислот, участвующих в процессах переаминирования в устойчивых формах томата, не способствует быстрому связыванию аммиака, выделяемого нематодами. В результате его избытка пораженные растительные клетки подвергаются токсичному действию и сами нематоды от этого страдают.

Еще более важное значение в оценке на нематодоустойчивость придается аминокислотам - предшественникам биосинтеза алкалоидов. Такими аминокислотами являются лизин, пролин, фенилаланин, триптофан. В корнях анализируемых устойчивых форм содержание этих аминокислот ниже, чем в восприимчивых, так как в первых они вовлекаются в биосинтез гликолалкалоидов. Следовательно, критериями для характеристики устойчивости томата к галловым нематодам могут служить количественные показатели аминокислот трех групп: первая - лейцин, валин, тирозин, треонин, определяющие пищевую ценность растения для мелойдогин; вторая - аланин, аспарагиновая и глютаминовая аминокислоты, связывающие конечный продукт обмена нематод - аммиак и предохраняющие растительные клетки от отравления; третья - лизин, фенилаланин, триптофан - как предшественники био-оинтеза гликолалкалоидов растений, токсичных для нематод и участвующих в реакциях некрозообразования.

Итак, аминокислоты играют существенную роль в устойчивости томата к галловым нематодам. Их количественные показатели могут служить диагностическими признаками восприимчивости или устойчивости томата к галловым нематодам в связи о тем, что аминокислоты являются соединениями, связывающими аммиак (аспарагиновая и глютаминовая аминокислоты), токсичный для нематод, а также предшественниками биосинтеза алкалоидов (лизин, пролин, фенилаланин, триптофан).

Таким образом, сравнительное исследование некоторых физиолого-биохимических показателей растительных тканей томата, контрастных по устойчивости к галловым нематодам, показало, что при воздействии мелойдогины на растение возникает ответная реакция растения-хозяина на инвазию. Процесс образования галлов при мелойдогинозе томата связан с изменением метаболизма, в основном в пораженных тканях. Однако последствия таких изменений обнаруживаются и в других органах пораженного растения.

Установлено, что при мелойдогинозе у растений томата изменяется метаболизм как ооновных (белки, углеводы), так и вторичных (фенольные соединения) компонентов, как в местах нахождения нематод, так и в других органах пораженного организма, что свидетельствует, с одной стороны, об активном воздействии галловых нематод на поражаемое растение, и о другой - об интенсификации растением тех функций, которые связаны о реализацией защитных механизмов при внедрении нематоды в растение.

Реакция растений томата на нематодную инвазию выражается интенсификацией дыхательных сиотем (повышение активности ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы); изменением в биосинтезе азотистых соединений, в частности, белков; образованием лигнизированных тканей на пути движения личинок в результате реакции сверхчувствительности при соответствующей активности пероксидазы и полифенолоксидазы; содержанием в пораженных тканях фенольных соединений; перераспределением аминокислот, участвующих в связывании токсичных продуктов жизнедеятельности нематод - аммиака, а также аминокислот - предшественников биосинтеза алкалоидов.

Изучение содержания фенольных соединений в корнях сортов томата, контрастных по устойчивости к галловой нематоде, в онтогенезе показало, что существует связь между содержанием в корнях фенольных соединений и устойчивостью их к галловым нематодам. Повышенная активность ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы в корнях устойчивых форм томата, обнаруженная нами, согласуется с общей концепцией о высокой активности окислительных систем в устойчивых к патогенам растениях.

Таким образом, анализ полученных данных зависимости между количеством спирторастворимых фенолов, активностью ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы и установление пороговых значений содержания этих соединений в корнях томата позволили обосновать критерии для биохимической характеристики растений томата по устойчивости к галловым нематодам. Разработанный нами способ отбора нематодоустойчивых сортов и линий томатов (а. с. № 1095904) в течение 1984 - 1986 гг. прошел опытно-производственное испытание.