Növényi védekezés patogének és herbivorok ellen

A növények állandó támadásoknak vannak kitéve mikrobák és állatok részéről, és rétegzett gátakkal, indukálható immunrendszerrel és kémiai fegyverzettel védekeznek – olyan védekezési mechanizmusokkal, amelyek genetikája az agráriumban a betegségekkel szembeni ellenállás alapját képezi.

Definition

A növényi védekezés azon strukturális, kémiai és molekuláris mechanizmusok összessége, amelyek révén a növények ellenállnak a patogének és herbivorok okozta károknak, vagy korlátozzák azokat.

Scope

Ez a téma a konstitutív és indukált növényi védekezést, a patogének elleni kétrétegű növényi immunrendszert, az ellenállás gén-a-gén modelljét, a herbivorok elleni védekezést, beleértve a kémiai elrettentő anyagokat és az indirekt védekezést, valamint azt tárgyalja, hogyan használják fel a védekezés sokféleségét a növényvédelemben.

Core questions

• Hogyan ismeri fel és hogyan reagál a növényi immunrendszer a patogénekre?
• Mi a betegségekkel szembeni ellenállás gén-a-gén alapja?
• Hogyan védekeznek a növények a herbivorok ellen, közvetlenül és közvetetten?

Key theories

Kétrétegű növényi immunitás

A növények a sejtfelszínen érzékelik a konzervált mikrobiális molekulákat az immunitás első rétegeként, és intracelluláris receptorokat használnak a patogén effektorok felismerésére egy második, erősebb rétegként, amely gyakran lokalizált sejthalálban kulminál.

Gén-a-gén ellenállás és diverzitás

Az ellenállás gyakran gén-a-gén kapcsolaton alapul egy növényi rezisztenciagén és egy patogén avirulencia génje között, és a diverz rezisztencia alkalmazása egy terményben elnyomhatja a betegséget a szántóföldön.

Mechanisms

A növényi immunitás akkor kezdődik, amikor a felszíni mintázatfelismerő receptorok (pattern-recognition receptors) felismerik a konzervált mikroba-asszociált molekuláris mintázatokat (microbe-associated molecular patterns), kiváltva az alapvető védekezést. A sikeres patogének effektorokat juttatnak be e válasz elnyomására, de a növények intracelluláris nukleotidkötő leucinban gazdag ismétlődő receptorokkal (nucleotide-binding leucine-rich-repeat receptors) rendelkeznek, amelyek felismerik a specifikus effektorokat – ez a gén-a-gén rezisztencia molekuláris alapja –, és erős választ adnak, gyakran beleértve a hiperszenzitív sejthalál reakciót és a szisztémás szerzett rezisztenciát. A herbivorok ellen a növények fizikai gátakat és toxikus vagy elrettentő másodlagos metabolitokat vetnek be, és illékony anyagokat bocsáthatnak ki, amelyek vonzzák a támadó herbivor természetes ellenségeit.

Clinical relevance

A növényi betegségek és kártevők okozta károk jelentős termésveszteséget okoznak, ezért a védekezés megértése alapja az ellenálló fajták nemesítésének és az integrált stratégiáknak – beleértve a genetikai diverzitás alkalmazását is –, amelyek csökkentik a peszticidektől való függőséget, miközben védik a terméshozamot.

History

Flor az 1940-es és 1950-es években a lenrozsda vizsgálataiból fogalmazta meg a gén-a-gén hipotézist; a rezisztenciagének molekuláris klónozása és a kétrétegű immunrendszer későbbi felismerése, valamint a diverzitáson alapuló védekezés szántóföldi vizsgálatai építették fel a növényi védekezés modern megértését.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Rendelkeznek-e a növények immunrendszerrel?

Igen; bár a növényekből hiányoznak a mobil immunsejtek és az antitestek, rendelkeznek egy veleszületett immunrendszerrel, amely sejtfelszíni és intracelluláris receptorokon keresztül ismeri fel a patogéneket, és védekezéssel reagál, beleértve a lokalizált sejthalált és a szisztémás rezisztenciát.

Hogyan csökkentheti a diverz fajták ültetése a termésbetegségeket?

A különböző rezisztenciával rendelkező fajták keverése korlátozza a patogén terjedését, mert egy olyan törzs, amely képes megfertőzni az egyik fajtát, ellenálló növényekkel találkozik a közelben; rizsen végzett szántóföldi kísérletek kimutatták, hogy az ilyen diverzitás drámaian csökkentheti a betegségeket és a fungicid szükségletét.