Гамма-аминомасляная кислота как вероятный тормозной нейромедиатор нервной системы фитопаразитических нематод (краткий обзор)

Цель исследований – анализ литературы, посвященной изучению гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в качестве вероятного тормозного нейромедиатора нервной системы фитопаразитических нематод; ее обнаружению и локализации в нервных структурах, основным функциям и возможности применения в целях защиты растений.

Среди ряда нейромедиаторов большой интерес у исследователей вызывает ГАМК, являющаяся основным тормозным нейромедиатором в нервной системе позвоночных и беспозвоночных животных. Анализ литературы показал, что у паразитических фитонематод в нервных структурах выявлены все компоненты ГАМКергической нервной системы, регулирующей двигательную активность нематод, что подтверждено иммуноцитохимическими данными – показано присутствие ГАМК в нервной системе фитонематод, фармакологическими данными о реакции мускулатуры нематод на воздействие агонистов и антагонистов ГАМК. Определенный интерес представляют онтогенетические изменения ГАМКергической нервной системы седентарных паразитических нематод в связи с утратой ими подвижности. Выявление у зоо-, фито- и свободноживущих нематод одного из компонентов в структуре ионных каналов ГАМК рецепторов - субъединицы UNC-49B – и ее фармакологических свойствах свидетельствует о консервативности ГАМКергической нервной системы у различных представителей типа Nematoda, которая не зависит от среды обитания нематод. Одним из перспективных направлений в защите растений может быть индуцирование ГАМК растений, поскольку они широко представлены в высших растениях. Повышенное содержание ГАМК в трансгенных линиях табака снижало зараженность растений северной галловой нематодой.

1. Зиновьева С. В. Фитопаразитические нематоды России / под редакцией С. В. Зиновьевой, В. Н. Чижова. М..: Товарищество научных изданий КМК, 2012. 386 с.

2. Chitwood D. J. Nematicides. In Encyclopedia of Agrochemicals; Plimmer J. R., Ed.; John Wiley & Sons: New York, NY, USA, 2003; 1104-1115. https://doi.org/10.1002/047126363X

3. Choudhary S., Kashyap S. S., Martin R. J., Robertson A. P. Advances in our understanding of nematode ion channels as potential anthelmintic targets. International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance. 2021; 18: 52–86. https://doi.org/10.1016/j.ijpddr.2021.12.001

4. Del Castillo J. Morales T., Sanchez V. Action of piperazine on the neuromuscular system Ascaris lumbricoides. Nature. 1963; 200: 706-707. https://doi.org/10.1038/200706a0.

5. Del Castillo J., De Mello W. C., Morales T. Inhibitory action of Gamma-aminobutyric acid (GABA) on Ascaris muscle. Experientia. 1964; 20 (3): 141-143.

6. Fait A., Fromm H., Walter D., Galili G., Fernie A. R. Highway or byway: The metabolic role of the GABA shunt in plants. Trends in Plant Science. 2008; 13 (1): 14–19. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2007.10.005.

7. Fellowes R. A., Maule A. G., Martin R. J., Geary T. G., Thompson D. P., Kimber M. J., Marks N. J., Halton D. W. Classical neurotransmitters in the ovijector of Ascaris suum: localization and modulation of muscle activity. Parasitology. 2000; 121 (3): 325-336. https://doi.org/10.1017/S0031182099006290

8. Han Z., Thapa S., Reuter-Carlson U., Reed H, Gates M, Lambert K. N., Schroeder N. E. Immobility in the sedentary plant-parasitic nematode H. glycines is associated with remodeling of neuromuscular tissue. PLoS Pathogens. 2018; 14(8): e1007198. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007198

9. Holden-Dye L., Krogsgaard-Larsen P., Nielsen L., Walker R. J. GABA receptors on the somatic muscle cells of the parasitic nematode, Ascaris suum: stereoselectivity indicates similarity to a GABAAtype agonist recognition site. The British Journal of Pharmacology. 1989; 98 (3): 841–850. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.1989.tb14613.x

10. Husson S. J., Mertens I., Janssen T., Lindemans M., Schoofs L. Neuropeptidergic signaling in the nematode Caenorhabditis elegans. Progress in Neurobiology. 2007; 82: 33–55. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2007.01.006

11. Jorgensen E. M. GABA WormBook, ed. The C. elegans Research Community, WormBook, https://doi.org/10.1895/wormbook.1.14.1

12. Łukasz P. Tarkowski, Santiago Signorelli, Monica Höfte γ-Aminobutyric acid and related amino acids in plant immune responses: Emerging mechanisms of action. Plant, Cell & Environment. 2020; 43 (5): 1103-1330. https://doi.org/10.1111/pce.13734

13. McLean M. D., Yevtushenko D. P., Deschene А., Van Cauwenberghe O. R., Makhmoudova A., Potter J. W., Bown A. W., Shelp B. J. Overexpression of glutamate decarboxylase in transgenic tobacco plants confers resistance to the northern root-knot nematode. Molecular Breeding. 2003; 11: 277–285. https://doi.org/10.1023/A:1023483106582

14. Michaeli S., Fromm H. Closing the loop on the GABA shunt in plants: Are GABA metabolism and signaling entwined? Frontiers in Plant Science. 2015; 6 (6): 419. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00419

15. Nomura K., Yoshizumi S., Ozoe F., Ozoe Y. Molecular cloning and pharmacology of Min-UNC-49B, a GABA receptor from the southern root-knot nematode Meloidogyne incognita. Pest Managment Science. 2021; 77 (8): 3763-3776. https://doi.org/10.1002/ps.6096

16. Reed H. M., Han Z., Schroeder N. E. GABA Immunoreactivity and Pharmacological Effects vary Among Stylet-Bearing Nematodes. Journal of Nematology. 2023; 55 (1): 20230049. https://doi.org/10.2478/jofnem-2023-0049

17. Scholz S. S., Malabarba J., Reichelt M., Heyer M., Ludewig F., Mithöfer A. Evidence for GABA-induced systemic GABA accumulation in Arabidopsis upon wounding. Frontiers in Plant Science. 2017; 8: 1–9. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00388

18. Steward F., Thompson J., Dent C. γ-Aminobutyric acid, a constituent of the potato tuber. Science, 1949; 110: 439-440.

19. Steward G. R., Perry R. N., Wright D. J. Immunocytochemical srudies on the occurrence of gamma-aminobutyric acid in nervous system of the nematodes Panagrellus redivivus, Meloidogyne incognita and Globodera rosttochiesis. Fundamental and Applied Nematology. 1994; 17 (5): 433-439.

20. Stretton A., Donmoyer J., Davis R., Meade J., Cowden C., Sithigorngul P. Motor behavior and motor nervous system function in the nematode Ascaris suum. Journal of Parasitology. 1992; 78 (2): 206-214.