Obrana biljaka od patogena i herbivora

Biljke se neprestano suočavaju s napadima mikroba i životinja te se brane slojevitim barijerama, inducibilnim imunološkim sustavom i kemijskim oružjem – obranama čija genetika podupire otpornost na bolesti u poljoprivredi.

Definition

Obrana biljaka je skup strukturnih, kemijskih i molekularnih mehanizama kojima biljke odolijevaju ili ograničavaju štetu od patogena i herbivora.

Scope

Ova tema obuhvaća konstitutivnu i induciranu obranu biljaka, dvoslojni biljni imunološki sustav protiv patogena, model otpornosti gen-za-gen, obranu od herbivora uključujući kemijske repelente i neizravne obrane, te kako se raznolikost obrane koristi u zaštiti usjeva.

Core questions

• Kako biljni imunološki sustav prepoznaje patogene i reagira na njih?
• Što je gen-za-gen osnova otpornosti na bolesti?
• Kako se biljke brane od herbivora, izravno i neizravno?

Key theories

Dvoslojna biljna imunost

Biljke detektiraju konzervirane mikrobne molekule na površini stanice za prvi sloj imunosti i koriste unutarstanične receptore za prepoznavanje efektora patogena za drugi, jači sloj, često kulminirajući lokaliziranom staničnom smrću.

Otpornost gen-za-gen i raznolikost

Otpornost često slijedi odnos gen-za-gen između biljnog gena otpornosti i gena avirulencije patogena, a primjena raznolike otpornosti u usjevu može suzbiti bolest na polju.

Mechanisms

Imunost biljaka započinje kada površinski receptori za prepoznavanje uzoraka detektiraju konzervirane molekularne obrasce povezane s mikrobima (MAMP), pokrećući bazalne obrane. Uspješni patogeni isporučuju efektore kako bi potisnuli ovaj odgovor, ali biljke posjeduju unutarstanične receptore s nukleotid-vezujućim domenama i ponavljajućim motivima bogatim leucinom (NLR) koji prepoznaju specifične efektore – molekularnu osnovu otpornosti gen-za-gen – i pokreću snažan odgovor koji često uključuje hipersenzitivnu reakciju stanične smrti i sistemsku stečenu otpornost. Protiv herbivora, biljke primjenjuju fizičke barijere i toksične ili odvraćajuće sekundarne metabolite, te mogu ispuštati hlapljive tvari koje privlače prirodne neprijatelje napadačkog herbivora.

Clinical relevance

Biljne bolesti i štete od štetnika uzrokuju velike gubitke usjeva, stoga razumijevanje obrane podupire uzgoj otpornih sorti i integrirane strategije – uključujući primjenu genetske raznolikosti – koje smanjuju ovisnost o pesticidima uz zaštitu prinosa.

History

Flor je formulirao hipotezu gen-za-gen iz studija hrđe lana 1940-ih i 1950-ih; molekularno kloniranje gena otpornosti i kasnije prepoznavanje dvoslojnog imunološkog sustava, zajedno s terenskim studijama kontrole temeljene na raznolikosti, izgradili su moderno razumijevanje biljne obrane.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Imaju li biljke imunološki sustav?

Da; iako biljkama nedostaju pokretne imunosne stanice i antitijela, one posjeduju urođeni imunološki sustav koji prepoznaje patogene putem staničnih površinskih i unutarstaničnih receptora i reagira obranama uključujući lokaliziranu staničnu smrt i sistemsku otpornost.

Kako sadnja raznolikih sorti može smanjiti bolesti usjeva?

Miješanje sorti s različitom otpornošću ograničava širenje patogena, jer soj sposoban zaraziti jednu sortu nailazi na obližnje otporne biljke; terenski eksperimenti na riži pokazali su da takva raznolikost može naglo smanjiti bolesti i potrebu za fungicidima.