Άμυνα των Φυτών έναντι Παθογόνων και Φυτοφάγων Οργανισμών

Τα φυτά δέχονται συνεχείς επιθέσεις από μικρόβια και ζώα και αμύνονται με διαστρωματωμένα φράγματα, ένα επαγώγιμο ανοσοποιητικό σύστημα και χημικά όπλα — άμυνες των οποίων η γενετική υποστηρίζει την αντοχή σε ασθένειες στη γεωργία.

Definition

Η άμυνα των φυτών είναι το σύνολο των δομικών, χημικών και μοριακών μηχανισμών με τους οποίους τα φυτά αντιστέκονται ή περιορίζουν τη ζημιά από παθογόνα και φυτοφάγους οργανισμούς.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τις συστατικές και επαγόμενες άμυνες των φυτών, το διπλό ανοσοποιητικό σύστημα των φυτών έναντι παθογόνων, το μοντέλο αντίστασης γονιδίου-προς-γονίδιο, τις άμυνες έναντι φυτοφάγων οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των χημικών αποτρεπτικών και έμμεσων αμυνών, και πώς η ποικιλομορφία της άμυνας χρησιμοποιείται στην προστασία των καλλιεργειών.

Core questions

• Πώς αναγνωρίζει και ανταποκρίνεται το ανοσοποιητικό σύστημα των φυτών στα παθογόνα;
• Ποια είναι η βάση γονιδίου-προς-γονίδιο της αντοχής σε ασθένειες;
• Πώς αμύνονται τα φυτά έναντι των φυτοφάγων, άμεσα και έμμεσα;

Key theories

Διπλή ανοσία των φυτών

Τα φυτά ανιχνεύουν συντηρημένα μικροβιακά μόρια στην επιφάνεια των κυττάρων για ένα πρώτο επίπεδο ανοσίας και χρησιμοποιούν ενδοκυτταρικούς υποδοχείς για να αναγνωρίσουν τους εκτελεστές των παθογόνων για ένα δεύτερο, ισχυρότερο επίπεδο, που συχνά καταλήγει σε εντοπισμένο κυτταρικό θάνατο.

Αντοχή γονιδίου-προς-γονίδιο και ποικιλομορφία

Η αντοχή συχνά ακολουθεί μια σχέση γονιδίου-προς-γονίδιο μεταξύ ενός γονιδίου αντοχής φυτού και ενός γονιδίου αβιρουλεντίας παθογόνου, και η ανάπτυξη ποικίλης αντοχής σε μια καλλιέργεια μπορεί να καταστείλει την ασθένεια στο χωράφι.

Mechanisms

Η ανοσία των φυτών ξεκινά όταν οι επιφανειακοί υποδοχείς αναγνώρισης προτύπων ανιχνεύουν συντηρημένα μικροβιακά μοριακά πρότυπα (MAMPs), ενεργοποιώντας τις βασικές άμυνες. Τα επιτυχημένα παθογόνα παραδίδουν εκτελεστές για να καταστείλουν αυτή την απόκριση, αλλά τα φυτά φέρουν ενδοκυτταρικούς υποδοχείς που περιέχουν νουκλεοτιδική δέσμευση και επαναλήψεις πλούσιες σε λευκίνη (NLRs) που αναγνωρίζουν συγκεκριμένους εκτελεστές — τη μοριακή βάση της αντοχής γονιδίου-προς-γονίδιο — και αναπτύσσουν μια ισχυρή απόκριση που συχνά περιλαμβάνει την υπερευαίσθητη αντίδραση κυτταρικού θανάτου και τη συστηματική επίκτητη αντίσταση. Έναντι των φυτοφάγων, τα φυτά αναπτύσσουν φυσικά φράγματα και τοξικούς ή αποτρεπτικούς δευτερογενείς μεταβολίτες, και μπορούν να απελευθερώσουν πτητικές ουσίες που προσελκύουν τους φυσικούς εχθρού του επιτιθέμενου φυτοφάγου.

Clinical relevance

Οι ασθένειες των φυτών και οι ζημιές από παράσιτα προκαλούν μεγάλες απώλειες καλλιεργειών, οπότε η κατανόηση της άμυνας αποτελεί τη βάση για την αναπαραγωγή ανθεκτικών ποικιλιών και ολοκληρωμένων στρατηγικών — συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης γενετικής ποικιλομορφίας — που μειώνουν την εξάρτηση από τα φυτοφάρμακα προστατεύοντας παράλληλα τις αποδόσεις.

History

Ο Flor διατύπωσε την υπόθεση γονιδίου-προς-γονίδιο από μελέτες της σκωρίασης του λιναριού στις δεκαετίες του 1940 και του 1950. Η μοριακή κλωνοποίηση των γονιδίων αντοχής και η μεταγενέστερη αναγνώριση ενός διπλού ανοσοποιητικού συστήματος, μαζί με επιτόπιες μελέτες ελέγχου βασισμένου στην ποικιλομορφία, οικοδόμησαν τη σύγχρονη κατανόηση της άμυνας των φυτών.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Έχουν τα φυτά ανοσοποιητικό σύστημα;

Ναι. Αν και τα φυτά στερούνται κινητών ανοσοκυττάρων και αντισωμάτων, διαθέτουν ένα έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα που αναγνωρίζει παθογόνα μέσω επιφανειακών και ενδοκυτταρικών υποδοχέων και ανταποκρίνεται με άμυνες που περιλαμβάνουν εντοπισμένο κυτταρικό θάνατο και συστηματική αντίσταση.

Πώς μπορεί η φύτευση διαφορετικών ποικιλιών να μειώσει τις ασθένειες των καλλιεργειών;

Η ανάμειξη ποικιλιών με διαφορετική αντοχή περιορίζει την εξάπλωση ενός παθογόνου, επειδή ένα στέλεχος ικανό να μολύνει μια ποικιλία συναντά κοντινά ανθεκτικά φυτά. Πειράματα πεδίου στο ρύζι έδειξαν ότι αυτή η ποικιλομορφία μπορεί να μειώσει δραστικά τις ασθένειες και την ανάγκη για μυκητοκτόνα.