Augu aizsardzība pret patogēniem un zālēdājiem

Augi pastāvīgi saskaras ar mikrobu un dzīvnieku uzbrukumiem un aizsargājas ar slāņveida barjerām, inducējamu imūnsistēmu un ķīmiskiem ieročiem — aizsardzības mehānismiem, kuru ģenētika ir pamatā slimību rezistencei lauksaimniecībā.

Definition

Augu aizsardzība ir strukturālu, ķīmisku un molekulāru mehānismu kopums, ar kuru augi pretojas vai ierobežo patogēnu un zālēdāju radītos bojājumus.

Scope

Šī tēma aptver konstitutīvo un inducēto augu aizsardzību, divslāņu augu imūnsistēmu pret patogēniem, gēns-pret-gēnu rezistences modeli, aizsardzību pret zālēdājiem, tostarp ķīmiskos atbaidītājus un netiešo aizsardzību, kā arī to, kā aizsardzības daudzveidība tiek izmantota augkopībā.

Core questions

• Kā augu imūnsistēma atpazīst patogēnus un reaģē uz tiem?
• Kas ir gēns-pret-gēnu slimību rezistences pamatā?
• Kā augi aizsargājas pret zālēdājiem, tieši un netieši?

Key theories

Divslāņu augu imunitāte

Augi šūnu virsmā atklāj konservētas mikrobu molekulas, kas veido pirmo imunitātes slāni, un izmanto intracelulāros receptorus, lai atpazītu patogēnu efektorus, kas veido otro, spēcīgāko slāni, bieži vien beidzoties ar lokalizētu šūnu nāvi.

Gēns-pret-gēnu rezistence un daudzveidība

Rezistence bieži seko gēns-pret-gēnu attiecībām starp auga rezistences gēnu un patogēna avirulences gēnu, un dažādu rezistences gēnu izmantošana visā kultūraugā var nomākt slimības laukā.

Mechanisms

Augu imunitāte sākas, kad virsmas modeļu atpazīšanas receptori (PRR) atklāj konservētus ar mikrobiem saistītus molekulāros modeļus (MAMP), izraisot bazālo aizsardzību. Veiksmīgi patogēni piegādā efektorus, lai nomāktu šo reakciju, taču augiem ir intracelulāri nukleotīdus saistoši leicīna bagātinātu atkārtojumu receptori (NLR), kas atpazīst specifiskus efektorus — gēns-pret-gēnu rezistences molekulāro pamatu — un izraisa spēcīgu reakciju, bieži vien ietverot hipersensitīvo šūnu nāves reakciju un sistēmisko iegūto rezistenci. Pret zālēdājiem augi izmanto fiziskās barjeras un toksiskus vai atbaidošus sekundāros metabolītus, kā arī var izdalīt gaistošas vielas, kas piesaista uzbrūkošā zālēdāja dabiskos ienaidniekus.

Clinical relevance

Augu slimības un kaitēkļu bojājumi rada lielus ražas zudumus, tāpēc aizsardzības izpratne ir pamatā rezistentu šķirņu selekcijai un integrētām stratēģijām — tostarp ģenētiskās daudzveidības izmantošanai —, kas samazina atkarību no pesticīdiem, vienlaikus aizsargājot ražu.

History

Flors formulēja gēns-pret-gēnu hipotēzi, pētot linu rūsu 20. gadsimta 40. un 50. gados; rezistences gēnu molekulārā klonēšana un vēlākā divslāņu imūnsistēmas atpazīšana, kopā ar daudzveidībā balstītas kontroles lauka pētījumiem, veidoja mūsdienu izpratni par augu aizsardzību.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Vai augiem ir imūnsistēma?

Jā; lai gan augiem trūkst mobilo imūno šūnu un antivielu, tiem piemīt iedzimta imūnsistēma, kas atpazīst patogēnus caur šūnu virsmas un intracelulārajiem receptoriem un reaģē ar aizsardzības mehānismiem, tostarp lokalizētu šūnu nāvi un sistēmisko rezistenci.

Kā dažādu šķirņu stādīšana var samazināt kultūraugu slimības?

Dažādu šķirņu ar atšķirīgu rezistenci sajaukšana ierobežo patogēna izplatību, jo celms, kas spēj inficēt vienu šķirni, sastopas ar rezistentiem augiem tuvumā; lauka eksperimenti ar rīsiem parādīja, ka šāda daudzveidība var krasi samazināt slimības un fungicīdu nepieciešamību.