Difesa delle piante contro patogeni ed erbivori

Le piante affrontano costanti attacchi da parte di microbi e animali e si difendono con barriere stratificate, un sistema immunitario inducibile e armi chimiche — difese la cui genetica è alla base della resistenza alle malattie in agricoltura.

Definition

La difesa delle piante è l'insieme dei meccanismi strutturali, chimici e molecolari con cui le piante resistono o limitano i danni causati da patogeni ed erbivori.

Scope

Questo argomento tratta le difese costitutive e indotte delle piante, il sistema immunitario a due strati delle piante contro i patogeni, il modello gene-per-gene di resistenza, le difese contro gli erbivori inclusi i deterrenti chimici e le difese indirette, e come la diversità delle difese viene utilizzata nella protezione delle colture.

Core questions

• Come riconosce e risponde il sistema immunitario delle piante ai patogeni?
• Qual è la base gene-per-gene della resistenza alle malattie?
• Come si difendono le piante dagli erbivori, direttamente e indirettamente?

Key theories

Immunità delle piante a due strati

Le piante rilevano molecole microbiche conservate sulla superficie cellulare per un primo strato di immunità e utilizzano recettori intracellulari per riconoscere gli effettori dei patogeni per un secondo strato, più forte, che spesso culmina nella morte cellulare localizzata.

Resistenza gene-per-gene e diversità

La resistenza spesso segue una relazione gene-per-gene tra un gene di resistenza della pianta e un gene di avirulenza del patogeno, e l'impiego di una resistenza diversificata in una coltura può sopprimere le malattie sul campo.

Mechanisms

L'immunità delle piante inizia quando i recettori di riconoscimento di pattern di superficie rilevano pattern molecolari associati ai microbi (MAMP) conservati, innescando difese basali. I patogeni di successo rilasciano effettori per sopprimere questa risposta, ma le piante possiedono recettori intracellulari con domini di legame ai nucleotidi e ripetizioni ricche di leucina (NLR) che riconoscono effettori specifici — la base molecolare della resistenza gene-per-gene — e attivano una forte risposta che spesso include la reazione di ipersensibilità con morte cellulare e la resistenza sistemica acquisita. Contro gli erbivori, le piante impiegano barriere fisiche e metaboliti secondari tossici o deterrenti, e possono rilasciare sostanze volatili che attraggono i nemici naturali dell'erbivoro attaccante.

Clinical relevance

Le malattie delle piante e i danni da parassiti causano ingenti perdite di raccolto, quindi la comprensione delle difese è alla base della selezione di varietà resistenti e di strategie integrate — incluso l'impiego della diversità genetica — che riducono la dipendenza dai pesticidi proteggendo al contempo le rese.

History

Flor formulò l'ipotesi gene-per-gene dagli studi sulla ruggine del lino negli anni '40 e '50; la clonazione molecolare dei geni di resistenza e il successivo riconoscimento di un sistema immunitario a due strati, insieme a studi sul campo del controllo basato sulla diversità, hanno costruito la moderna comprensione della difesa delle piante.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Le piante hanno un sistema immunitario?

Sì; sebbene le piante manchino di cellule immunitarie mobili e anticorpi, possiedono un sistema immunitario innato che riconosce i patogeni attraverso recettori di superficie cellulare e intracellulari e risponde con difese che includono la morte cellulare localizzata e la resistenza sistemica.

Come può la piantumazione di varietà diverse ridurre le malattie delle colture?

Mescolare varietà con resistenze diverse limita la diffusione di un patogeno, perché un ceppo in grado di infettare una varietà incontra piante resistenti nelle vicinanze; esperimenti sul campo nel riso hanno dimostrato che tale diversità può ridurre drasticamente le malattie e la necessità di fungicidi.