病原体および草食動物に対する植物の防御

植物は微生物や動物からの絶え間ない攻撃に直面しており、層状の障壁、誘導性の免疫システム、および化学兵器によって身を守っています。これらの防御の遺伝学は、農業における病害抵抗性の基盤となっています。

Definition

植物防御とは、病原体や草食動物による損傷に抵抗したり、その損傷を制限したりするための、植物の構造的、化学的、分子的なメカニズムの集合体です。

Scope

このトピックでは、構成的および誘導性の植物防御、病原体に対する2層の植物免疫システム、抵抗性の遺伝子対遺伝子モデル、化学的抑止剤や間接防御を含む草食動物に対する防御、および作物保護における防御の多様性の利用方法について扱います。

Core questions

• 植物免疫システムはどのように病原体を認識し、応答するのか？
• 病害抵抗性の遺伝子対遺伝子基盤とは何か？
• 植物は草食動物に対して直接的および間接的にどのように防御するのか？

Key theories

2層の植物免疫

植物は細胞表面で保存された微生物分子を検出し、第一層の免疫を発動します。また、細胞内受容体を用いて病原体エフェクターを認識し、第二層のより強力な免疫を発動し、しばしば局所的な細胞死に至ります。

遺伝子対遺伝子抵抗性と多様性

抵抗性はしばしば、植物の抵抗性遺伝子と病原体の非病原性遺伝子との間の遺伝子対遺伝子関係に従い、作物全体に多様な抵抗性を展開することで、圃場での病害を抑制することができます。

Mechanisms

植物の免疫は、表面のパターン認識受容体が保存された微生物関連分子パターンを検出することで始まり、基礎的な防御が誘発されます。病原体がこの応答を抑制するためにエフェクターを送り込むと、植物は特定のこのエフェクターを認識する細胞内ヌクレオチド結合ロイシンリッチリピート受容体（遺伝子対遺伝子抵抗性の分子基盤）を持っており、しばしば過敏性細胞死反応や全身獲得抵抗性を含む強力な応答を発動します。草食動物に対しては、植物は物理的障壁や毒性または抑止性の二次代謝産物を展開し、攻撃する草食動物の天敵を引き寄せる揮発性物質を放出することもあります。

Clinical relevance

植物の病害や害虫による被害は主要な作物損失を引き起こすため、防御を理解することは、抵抗性品種の育種や、収量を保護しながら農薬への依存を減らすための多様性の展開を含む統合戦略の基盤となります。

History

フロアは1940年代から1950年代にかけてアマのさび病の研究から遺伝子対遺伝子仮説を提唱しました。抵抗性遺伝子の分子クローニングと、その後の2層免疫システムの認識、および多様性に基づく防除の野外研究が、植物防御の現代的な理解を築き上げました。

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

植物は免疫システムを持っているのか？

はい。植物は移動性の免疫細胞や抗体を持たないものの、細胞表面および細胞内受容体を介して病原体を認識し、局所的な細胞死や全身抵抗性を含む防御で応答する自然免疫システムを備えています。

多様な品種を植えることで作物の病害をどのように減らせるのか？

異なる抵抗性を持つ品種を混植することで、病原体の拡散が制限されます。なぜなら、ある品種に感染できる株が、近くにある抵抗性植物に遭遇するからです。イネの野外実験では、このような多様性が病害と殺菌剤の必要性を大幅に減らすことができると示されました。