Plantafweer tegen pathogenen en herbivoren

Planten worden constant aangevallen door microben en dieren en verdedigen zich met gelaagde barrières, een induceerbaar immuunsysteem en chemische wapens – afweermechanismen waarvan de genetica de basis vormt voor ziekteresistentie in de landbouw.

Definition

Plantafweer is het geheel van structurele, chemische en moleculaire mechanismen waarmee planten schade door pathogenen en herbivoren weerstaan of beperken.

Scope

Dit onderwerp behandelt constitutieve en geïnduceerde plantafweer, het tweelagige plantenimmuunsysteem tegen pathogenen, het gen-voor-gen-model van resistentie, afweer tegen herbivoren inclusief chemische afschrikmiddelen en indirecte afweer, en hoe diversiteit in afweer wordt gebruikt in gewasbescherming.

Core questions

• Hoe herkent en reageert het plantenimmuunsysteem op pathogenen?
• Wat is de gen-voor-gen-basis van ziekteresistentie?
• Hoe verdedigen planten zich tegen herbivoren, direct en indirect?

Key theories

Tweelagige plantenimmuniteit

Planten detecteren geconserveerde microbiële moleculen aan het celoppervlak voor een eerste laag van immuniteit en gebruiken intracellulaire receptoren om pathogene effectoren te herkennen voor een tweede, sterkere laag, vaak culminerend in gelokaliseerde celdood.

Gen-voor-gen-resistentie en diversiteit

Resistentie volgt vaak een gen-voor-gen-relatie tussen een plantenresistentiegen en een pathogeen-avirulentiegen, en het inzetten van diverse resistentie binnen een gewas kan ziekte in het veld onderdrukken.

Mechanisms

Plantenimmuniteit begint wanneer oppervlakte-patroonherkenningsreceptoren geconserveerde microbe-geassocieerde moleculaire patronen (MAMP's) detecteren, wat basale afweer activeert. Succesvolle pathogenen leveren effectoren om deze respons te onderdrukken, maar planten bezitten intracellulaire nucleotide-bindende leucine-rijke herhaalreceptoren die specifieke effectoren herkennen – de moleculaire basis van gen-voor-gen-resistentie – en een sterke respons opwekken, vaak inclusief de hypersensitieve celdoodreactie en systemische verworven resistentie. Tegen herbivoren zetten planten fysieke barrières en toxische of afschrikkende secundaire metabolieten in, en kunnen vluchtige stoffen vrijgeven die de natuurlijke vijanden van de aanvallende herbivoor aantrekken.

Clinical relevance

Plantenziekten en plaagschade veroorzaken grote oogstverliezen, dus inzicht in afweer is de basis voor het veredelen van resistente variëteiten en geïntegreerde strategieën – inclusief de inzet van genetische diversiteit – die de afhankelijkheid van pesticiden verminderen en tegelijkertijd de opbrengsten beschermen.

History

Flor formuleerde de gen-voor-gen-hypothese uit studies naar vlasroest in de jaren 1940 en 1950; moleculaire klonering van resistentiegenen en de latere erkenning van een tweelagig immuunsysteem, samen met veldstudies naar diversiteitsgebaseerde controle, vormden het moderne begrip van plantafweer.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Hebben planten een immuunsysteem?

Ja; hoewel planten geen mobiele immuuncellen en antilichamen hebben, bezitten ze een aangeboren immuunsysteem dat pathogenen herkent via celoppervlakte- en intracellulaire receptoren en reageert met afweermechanismen, waaronder gelokaliseerde celdood en systemische resistentie.

Hoe kan het planten van diverse variëteiten gewasziekten verminderen?

Het mengen van variëteiten met verschillende resistentie beperkt de verspreiding van een pathogeen, omdat een stam die één variëteit kan infecteren, in de buurt resistente planten tegenkomt; veldexperimenten met rijst toonden aan dat dergelijke diversiteit ziekte en de behoefte aan fungiciden sterk kan verminderen.