Защита на растенията срещу патогени и тревопасни

Растенията са постоянно атакувани от микроби и животни и се защитават чрез многослойни бариери, индуцируема имунна система и химическо оръжие — защитни механизми, чиято генетика е в основата на устойчивостта към болести в селското стопанство.

Definition

Растителната защита е съвкупността от структурни, химични и молекулярни механизми, чрез които растенията се съпротивляват или ограничават уврежданията от патогени и тревопасни.

Scope

Тази тема обхваща конститутивните и индуцираните защитни механизми на растенията, двуслойната имунна система на растенията срещу патогени, модела „ген за ген“ на устойчивост, защитата срещу тревопасни, включително химически възпиращи средства и индиректни защити, както и как разнообразието на защитните механизми се използва в растителната защита.

Core questions

• Как имунната система на растенията разпознава и реагира на патогени?
• Каква е ген-за-ген основата на устойчивостта към болести?
• Как растенията се защитават срещу тревопасни, пряко и непряко?

Key theories

Двуслоен растителен имунитет

Растенията откриват консервативни микробни молекули на клетъчната повърхност за първи слой имунитет и използват вътреклетъчни рецептори за разпознаване на ефектори на патогени за втори, по-силен слой, често завършващ с локализирана клетъчна смърт.

Устойчивост „ген за ген“ и разнообразие

Устойчивостта често следва взаимоотношение „ген за ген“ между растителен ген за устойчивост и ген за авирулентност на патогена, а прилагането на разнообразни механизми за устойчивост в дадена култура може да потисне болестта на полето.

Mechanisms

Растителният имунитет започва, когато повърхностните рецептори за разпознаване на образи (pattern-recognition receptors) открият консервативни молекулярни модели, свързани с микроби (microbe-associated molecular patterns), задействайки основни защитни механизми. Успешните патогени доставят ефектори, за да потиснат този отговор, но растенията притежават вътреклетъчни нуклеотид-свързващи левцин-богати повтарящи се рецептори (nucleotide-binding leucine-rich-repeat receptors), които разпознават специфични ефектори — молекулярната основа на устойчивостта „ген за ген“ — и предизвикват силен отговор, често включващ хиперчувствителна реакция на клетъчна смърт и системна придобита устойчивост. Срещу тревопасни, растенията разполагат с физически бариери и токсични или възпиращи вторични метаболити, и могат да отделят летливи вещества, които привличат естествените врагове на атакуващия тревопасен.

Clinical relevance

Болестите по растенията и щетите от вредители причиняват големи загуби на реколтата, така че разбирането на защитните механизми е в основата на селекцията на устойчиви сортове и интегрираните стратегии — включително прилагането на генетично разнообразие — които намаляват зависимостта от пестициди, като същевременно защитават добивите.

History

Флор формулира хипотезата „ген за ген“ от проучвания на ръждата по лена през 40-те и 50-те години на миналия век; молекулярното клониране на гени за устойчивост и по-късното разпознаване на двуслойна имунна система, заедно с полеви проучвания на контрола, основан на разнообразието, изградиха съвременното разбиране за растителната защита.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Имат ли растенията имунна система?

Да; въпреки че растенията нямат подвижни имунни клетки и антитела, те притежават вродена имунна система, която разпознава патогени чрез клетъчно-повърхностни и вътреклетъчни рецептори и реагира със защитни механизми, включително локализирана клетъчна смърт и системна устойчивост.

Как засаждането на разнообразни сортове може да намали болестите по културите?

Смесването на сортове с различна устойчивост ограничава разпространението на патоген, тъй като щам, способен да зарази един сорт, среща устойчиви растения наблизо; полеви експерименти с ориз показват, че такова разнообразие може рязко да намали болестите и нуждата от фунгициди.