Kasvien puolustus patogeeneja ja kasvinsyöjiä vastaan

Kasvit kohtaavat jatkuvasti mikrobien ja eläinten hyökkäyksiä ja puolustautuvat kerroksellisilla esteillä, indusoituvalla immuunijärjestelmällä ja kemiallisella aseistuksella – puolustusmekanismeilla, joiden genetiikka tukee taudinkestävyyttä maataloudessa.

Definition

Kasvien puolustus on joukko rakenteellisia, kemiallisia ja molekulaarisia mekanismeja, joilla kasvit vastustavat tai rajoittavat patogeenien ja kasvinsyöjien aiheuttamia vaurioita.

Scope

Tämä aihe kattaa kasvien konstitutiiviset ja indusoidut puolustusmekanismit, kaksikerroksisen kasvien immuunijärjestelmän patogeeneja vastaan, geenistä-geeniin-resistenssimallin, puolustuksen kasvinsyöjiä vastaan, mukaan lukien kemialliset torjunta-aineet ja epäsuorat puolustusmekanismit, sekä sen, miten puolustuksen monimuotoisuutta hyödynnetään sadon suojelussa.

Core questions

• Miten kasvien immuunijärjestelmä tunnistaa patogeenit ja reagoi niihin?
• Mikä on taudinkestävyyden geenistä-geeniin-perusta?
• Miten kasvit puolustautuvat kasvinsyöjiä vastaan, suoraan ja epäsuorasti?

Key theories

Kaksikerroksinen kasvi-immuniteetti

Kasvit havaitsevat säilyneitä mikrobimolekyylejä solun pinnalla ensimmäisen immuniteettikerroksen muodostamiseksi ja käyttävät solunsisäisiä reseptoreita patogeenien effektorien tunnistamiseen toista, vahvempaa kerrosta varten, mikä usein huipentuu paikalliseen solukuolemaan.

Geenistä-geeniin-resistenssi ja monimuotoisuus

Resistenssi noudattaa usein geenistä-geeniin-suhdetta kasvin resistenssigeenin ja patogeenin avirulenssigeenin välillä, ja monimuotoisen resistenssin käyttöönotto viljelykasveissa voi tukahduttaa tauteja pellolla.

Mechanisms

Kasvien immuniteetti alkaa, kun pinnan kuviontunnistusreseptorit (PRR) havaitsevat säilyneitä mikrobeihin liittyviä molekyylikuvioita (MAMP), laukaisten peruspuolustuksen. Menestyksekkäät patogeenit tuottavat effektoriproteiineja tämän vasteen tukahduttamiseksi, mutta kasveilla on solunsisäisiä nukleotidia sitovia leusiinirikkaita toistoreseptoreita (NLR), jotka tunnistavat spesifisiä effektoriproteiineja – geenistä-geeniin-resistenssin molekulaarinen perusta – ja käynnistävät voimakkaan vasteen, johon usein kuuluu hypersensitiivinen solukuolemareaktio ja systeeminen hankittu resistenssi (SAR). Kasvinsyöjiä vastaan kasvit käyttävät fyysisiä esteitä ja myrkyllisiä tai karkottavia sekundaarimetaboliitteja, ja ne voivat vapauttaa haihtuvia yhdisteitä, jotka houkuttelevat hyökkäävän kasvinsyöjän luonnollisia vihollisia.

Clinical relevance

Kasvitaudit ja tuholaisvauriot aiheuttavat suuria satotappioita, joten puolustusmekanismien ymmärtäminen on perustana resistenttien lajikkeiden jalostukselle ja integroiduille strategioille – mukaan lukien geneettisen monimuotoisuuden hyödyntäminen – jotka vähentävät riippuvuutta torjunta-aineista samalla kun ne suojaavat satoja.

History

Flor muotoili geenistä-geeniin-hypoteesin pellavanruostetta koskevista tutkimuksista 1940- ja 1950-luvuilla; resistenssigeenien molekyylikloonaus ja myöhempi kaksikerroksisen immuunijärjestelmän tunnistaminen, yhdessä monimuotoisuuteen perustuvan torjunnan kenttätutkimusten kanssa, rakensivat modernin ymmärryksen kasvien puolustuksesta.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Onko kasveilla immuunijärjestelmä?

Kyllä; vaikka kasveilla ei ole liikkuvia immuunisoluja ja vasta-aineita, niillä on synnynnäinen immuunijärjestelmä, joka tunnistaa patogeenit solunpinnan ja solunsisäisten reseptorien kautta ja vastaa puolustusmekanismeilla, mukaan lukien paikallinen solukuolema ja systeeminen resistenssi.

Miten monimuotoisten lajikkeiden istuttaminen voi vähentää kasvitauteja?

Eri resistenssillä varustettujen lajikkeiden sekoittaminen rajoittaa patogeenin leviämistä, koska yhteen lajikkeeseen tarttuva kanta kohtaa lähellä olevia resistenttejä kasveja; riisin kenttäkokeet osoittivat, että tällainen monimuotoisuus voi vähentää merkittävästi tauteja ja fungisidien tarvetta.