Obrana rostlin proti patogenům a býložravcům

Rostliny čelí neustálým útokům mikrobů a živočichů a brání se vrstvenými bariérami, indukovatelným imunitním systémem a chemickou výzbrojí – obrannými mechanismy, jejichž genetika je základem odolnosti vůči chorobám v zemědělství.

Definition

Obrana rostlin je soubor strukturních, chemických a molekulárních mechanismů, jimiž rostliny odolávají poškození patogeny a býložravci nebo je omezují.

Scope

Toto téma zahrnuje konstitutivní a indukovanou obranu rostlin, dvouvrstvý imunitní systém rostlin proti patogenům, model rezistence gen-pro-gen, obranu proti býložravcům včetně chemických repelentů a nepřímé obrany a způsob využití rozmanitosti obranných mechanismů v ochraně plodin.

Core questions

• Jak imunitní systém rostlin rozpoznává patogeny a reaguje na ně?
• Co je gen-pro-gen základem odolnosti vůči chorobám?
• Jak se rostliny brání proti býložravcům, přímo i nepřímo?

Key theories

Dvouvrstvá imunita rostlin

Rostliny detekují konzervované mikrobiální molekuly na buněčném povrchu pro první vrstvu imunity a využívají intracelulární receptory k rozpoznání efektorů patogenů pro druhou, silnější vrstvu, často kulminující lokalizovanou buněčnou smrtí.

Rezistence gen-pro-gen a diverzita

Rezistence často následuje vztah gen-pro-gen mezi genem rezistence rostliny a genem avirulence patogenu, a nasazení rozmanité rezistence napříč plodinou může potlačit chorobu v terénu.

Mechanisms

Imunita rostlin začíná, když povrchové receptory rozpoznávající vzory (pattern-recognition receptors) detekují konzervované molekulární vzory spojené s mikroby (microbe-associated molecular patterns), což spouští bazální obranu. Úspěšné patogeny dodávají efektory k potlačení této reakce, ale rostliny nesou intracelulární receptory s nukleotid-vazebnou leucin-bohatou opakující se doménou (nucleotide-binding leucine-rich-repeat receptors), které rozpoznávají specifické efektory – molekulární základ rezistence gen-pro-gen – a spouštějí silnou reakci, často včetně hypersenzitivní reakce buněčné smrti a systémové získané rezistence. Proti býložravcům rostliny nasazují fyzické bariéry a toxické nebo odrazující sekundární metabolity a mohou uvolňovat těkavé látky, které přitahují přirozené nepřátele útočícího býložravce.

Clinical relevance

Choroby rostlin a škody způsobené škůdci způsobují značné ztráty na úrodě, takže pochopení obrany je základem šlechtění odolných odrůd a integrovaných strategií – včetně nasazení genetické diverzity – které snižují závislost na pesticidech a zároveň chrání výnosy.

History

Flor formuloval hypotézu gen-pro-gen ze studií rzi lnu ve 40. a 50. letech 20. století; molekulární klonování genů rezistence a pozdější rozpoznání dvouvrstvého imunitního systému, spolu s terénními studiemi kontroly založené na diverzitě, vybudovaly moderní chápání obrany rostlin.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Mají rostliny imunitní systém?

Ano; ačkoli rostlinám chybí mobilní imunitní buňky a protilátky, disponují vrozeným imunitním systémem, který rozpoznává patogeny prostřednictvím buněčných povrchových a intracelulárních receptorů a reaguje obrannými mechanismy včetně lokalizované buněčné smrti a systémové rezistence.

Jak může výsadba rozmanitých odrůd snížit choroby plodin?

Míchání odrůd s různou rezistencí omezuje šíření patogenu, protože kmen schopný infikovat jednu odrůdu narazí v blízkosti na odolné rostliny; polní experimenty s rýží ukázaly, že taková diverzita může výrazně snížit choroby a potřebu fungicidů.