Disruption of the Pathogenicity and Sex Ratio of the Beet Cyst Nematode Heterodera schachtii by Host-Delivered RNA Interference

[New genetic tools for plant defense against parasitic nematodes]

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.

Cyst nematode bio-communication with plants: implications for novel management approaches

Bio-communication occurs when living organisms interact with each other, facilitated by the exchange of signals including visual, auditory, tactile and chemical. The most common form of bio-communication between organisms is mediated by chemical signals, commonly referred to as 'semiochemicals', and it involves an emitter releasing the chemical signal that is detected by a receiver leading to a phenotypic response in the latter organism. The quality and quantity of the chemical signal released may be influenced by abiotic and biotic factors. Bio-communication has been reported to occur in both above- and below-ground interactions and it can be exploited for the management of pests, such as cyst nematodes, which are pervasive soil-borne pests that cause significant crop production losses worldwide. Cyst nematode hatching and successful infection of hosts are biological processes that are largely influenced by semiochemicals including hatching stimulators, hatching inhibitors, attractants and repellents. These semiochemicals can be used to disrupt interactions between host plants and cyst nematodes. Advances in RNAi techniques such as host-induced gene silencing to interfere with cyst nematode hatching and host location can also be exploited for development of synthetic resistant host cultivars. © 2020 The Authors. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.