Pertahanan Tumbuhan terhadap Patogen dan Herbivora

Tumbuhan menghadapi serangan konstan dari mikroba dan hewan, dan mempertahankan diri dengan penghalang berlapis, sistem kekebalan yang dapat diinduksi, dan persenjataan kimiawi — pertahanan yang genetikanya mendasari resistansi penyakit dalam pertanian.

Definition

Pertahanan tumbuhan adalah serangkaian mekanisme struktural, kimiawi, dan molekuler yang digunakan tumbuhan untuk menahan atau membatasi kerusakan akibat patogen dan herbivora.

Scope

Topik ini mencakup pertahanan tumbuhan konstitutif dan terinduksi, sistem kekebalan tumbuhan dua lapis terhadap patogen, model resistansi gen-demi-gen, pertahanan terhadap herbivora termasuk penangkal kimiawi dan pertahanan tidak langsung, serta bagaimana keragaman pertahanan digunakan dalam perlindungan tanaman.

Core questions

• Bagaimana sistem kekebalan tumbuhan mengenali dan merespons patogen?
• Apa dasar gen-demi-gen dari resistansi penyakit?
• Bagaimana tumbuhan mempertahankan diri dari herbivora, secara langsung dan tidak langsung?

Key theories

Kekebalan tumbuhan dua lapis

Tumbuhan mendeteksi molekul mikroba yang lestari di permukaan sel untuk lapisan kekebalan pertama dan menggunakan reseptor intraseluler untuk mengenali efektor patogen untuk lapisan kedua yang lebih kuat, sering kali berpuncak pada kematian sel terlokalisasi.

Resistansi gen-demi-gen dan keragaman

Resistansi sering kali mengikuti hubungan gen-demi-gen antara gen resistansi tumbuhan dan gen avirulensi patogen, dan penerapan resistansi yang beragam di seluruh tanaman dapat menekan penyakit di lapangan.

Mechanisms

Kekebalan tumbuhan dimulai ketika reseptor pengenal pola permukaan mendeteksi pola molekuler terkait mikroba yang lestari, memicu pertahanan dasar. Patogen yang berhasil mengirimkan efektor untuk menekan respons ini, tetapi tumbuhan memiliki reseptor pengikat nukleotida yang kaya leusin intraseluler yang mengenali efektor spesifik — dasar molekuler resistansi gen-demi-gen — dan membangun respons yang kuat yang sering kali mencakup reaksi kematian sel hipersensitif dan resistansi akuisisi sistemik. Terhadap herbivora, tumbuhan mengerahkan penghalang fisik dan metabolit sekunder yang toksik atau penangkal, serta dapat melepaskan zat volatil yang menarik musuh alami herbivora penyerang.

Clinical relevance

Penyakit tumbuhan dan kerusakan hama menyebabkan kerugian besar pada tanaman, sehingga pemahaman tentang pertahanan mendasari pemuliaan varietas resistan dan strategi terpadu — termasuk penerapan keragaman genetik — yang mengurangi ketergantungan pada pestisida sambil melindungi hasil panen.

History

Flor merumuskan hipotesis gen-demi-gen dari studi karat flax pada tahun 1940-an dan 1950-an; kloning molekuler gen resistansi dan pengakuan selanjutnya tentang sistem kekebalan dua lapis, bersama dengan studi lapangan tentang pengendalian berbasis keragaman, membangun pemahaman modern tentang pertahanan tumbuhan.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Apakah tumbuhan memiliki sistem kekebalan?

Ya; meskipun tumbuhan tidak memiliki sel kekebalan bergerak dan antibodi, mereka memiliki sistem kekebalan bawaan yang mengenali patogen melalui reseptor permukaan sel dan intraseluler serta merespons dengan pertahanan termasuk kematian sel terlokalisasi dan resistansi sistemik.

Bagaimana penanaman varietas yang beragam dapat mengurangi penyakit tanaman?

Pencampuran varietas dengan resistansi yang berbeda membatasi penyebaran patogen, karena strain yang mampu menginfeksi satu varietas akan bertemu tanaman resistan di dekatnya; eksperimen lapangan pada padi menunjukkan bahwa keragaman semacam itu dapat secara tajam mengurangi penyakit dan kebutuhan akan fungisida.