VLIV BIOTROFNÍCH HOUBOVÝCH PATOGENŮ NA FOTOSYNTÉZU HOSTITELE

Mgr. Jitka PROKOPOVÁ

Doctoral thesis

PHOTOSYNTHETIC RESPONSES OF HOST PLANT TO BIOTROPHIC FUNGAL PATHOGENS

Abstract:

Rostlinné patogeny můžeme dělit do různých kategorií na základě řady kritérií. Jedním z nich je strategie získávání potravy. Biotrofní patogeny získávají živiny z živých buněk hostitelské rostliny. Protože napadají celou řadu rostlin včetně významných plodin, má studium jejich interakcí s hostitelem velký význam nejen pro pochopení jejich životního cyklu, ale především pro možnost nalézt účinné obranné mechanismy proti těmto patogenům. Teprve nedávno se výzkum interakce hostitel-patogen hlouběji zaměřil na změny v primárním metabolismu hostitele a na jejich příčiny. V předkládané práci byly studovány změny ve fotosyntéze napadené rostliny způsobené biotrofními patogeny. Konkrétně byly sledovány dva biotrofní patogeny - Bremia lactucae Regel (rasa BL 16) způsobující plíseň salátovou a Oidium neolycopersici způsobující padlí rajčatové. Suspenze B. lactucae byla aplikována na listové disky náchylného genotypu salátu Lactuca sativa L. cv. Cobham Green. Po třináctidenní inkubaci při dvou světelných intenzitách byly sledovány změny ve fotosyntéze především pomocí měření chlorofylové fluorescence. U náchylného genotypu salátu napadeného plísní salátovou došlo k poklesu obsahu fotosyntetických pigmentů, poklesu maximálního kvantového výtěžku fotochemie fotosystému II, inhibici elektronového transportu a nárůstu nefotochemického zhášení. Pokud byly 24 hodin před inokulací listové disky ošetřeny fytohormony ze skupiny cytokininů - benzylaminopurinem a meta-topolinem, bylo zaznamenáno potlačení sporulace patogenu. Avšak dlouhodobější působení cytokininů na listové disky vedlo k podobným změnám fotosyntetických parametrů, jaké způsobila v neošetřených listech sama infekce. Původce padlí rajčatového Oidium neolycopersici byl aplikován na dva genotypy rajčete ? náchylný Lycopersicon esculentum cv. Amateur a středně rezistentní Lycopersicon chmielewskii. V průběhu prvních devíti dní po inokulaci byly pomocí chlorofylové fluorescence a gazometrického měření sledovány změny ve fotosyntéze. Napadení patogenem způsobilo u obou genotypů pouze minimální inhibici fotosyntetických procesů. Ošetření rostlin náchylného genotypu rajčete teplotním šokem (40,5°C, 2 hod) aplikovaným před inokulací vedlo ke zvýšení náchylnosti rostlin k padlí rajčatovému, což se projevilo urychlením zasychání a opadu listů a inhibicí fotosyntetických procesů. U středně rezistentního genotypu Lycopersicon chmielewskii teplotní šok nezpůsobil významné změny v rezistenci rostliny. Předpokládáme, že ve studovaných modelových systémech jsou změny ve fotosyntéze hostitelů během infekce spojeny s inhibicí Calvinova cyklu způsobenou nárůstem aktivity invertázy a následnou akumulací asimilátů v infikovaném pletivu.

Abstract:

Plants pathogens could be divided into many categories based on different markers. One of them is based on the feeding strategy. Biotrophic pathogens are dependent on the host live cells as a source of the nutrients. This type of pathogens uses wide range of plants including important crops. So studying of these pathogens and their interactions with the plants are essential not only for knowledge about their lifestyle but also for the possibility to find effective protection of the host plants. Recently more attention has been paid to alterations of primary metabolism of host plants induced by pathogenesis and their causes. This work is focused on the investigation of changes in host photosynthesis caused by biotrophic pathogens. Specifically two pathogens were studying - Bremia lactucae Regel (race BL 16) and Oidium neolycopersici. B. lactucae suspension was applied on the leaf discs of the susceptible lettuce genotype Lactuca sativa L. cv. Cobham Green. Changes in photosynthesis were studied mainly by the chlorophyll fluorescence imaging after thirteen days-long incubation under two intensities of illumination. Reduction in photosynthetic pigment content, decrease of the maximum quantum yield of photosystem II photochemistry, inhibition of electron transport and increase in non-photochemical quenching was noticed in the leaf discs infected by B. lactucae. Applications of two cytokinins ? benzylaminopurine and meta-topolin 24 hours before inoculation retarded the pathogens asexual reproduction. However, long-lasting treatment of healthy tissues by cytokinins caused similar changes in photosynthetic parameters as infection. Two tomato plants genotype ? susceptible Lycopersicon esculentum cv. Amateur and moderately resistant Lycopersicon chmielewskii were inoculated by Oidium neolycopersici. Changes in photosynthesis parameters measured mainly by chlorophyll fluorescence imaging and CO2 exchange measurement were investigated during first 9 days after inoculation. In both genotypes infection caused only minimal inhibition of the photosynthetic processes. Heat-shock treatment of the susceptible tomato plants right before inoculation (40,5°C, 2 hours) led to increase of the plant susceptibility which was associated with accelerated chloroses/necroses development and defoliation and also inhibition of the photosynthetic processes. There were no remarkable changes in plant resistance of the moderately resistant genotype caused by heat-shock pre-treatment. We hypothesise that the changes in hosts photosynthesis in the studied plant-pathogen interactions are associated with Calvin cycle inhibition caused by the increase of the invertase activity following by assimilates accumulation.

Keywords

Fotosyntéza, fotosystém II, fluorescence chlorofylu, Bremia lactucae, Oidium neolycopersici, salát, rajče, rezistence, teplotní ošetření, cytokinin, meta-topolin, benzylaminopurin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2012

Accessible from:: 30. 4. 2012

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Martina Špundová, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics