Planteforsvar mot patogener og herbivorer

Planter blir konstant angrepet av mikrober og dyr, og forsvarer seg med lagdelte barrierer, et induserbart immunsystem og kjemiske våpen – forsvarsmekanismer hvis genetikk ligger til grunn for sykdomsresistens i landbruket.

Definition

Planteforsvar er settet av strukturelle, kjemiske og molekylære mekanismer som planter bruker for å motstå eller begrense skade fra patogener og herbivorer.

Scope

Dette emnet dekker konstitutive og induserte planteforsvar, plantens tolags immunsystem mot patogener, gen-for-gen-modellen for resistens, forsvar mot herbivorer inkludert kjemiske avskrekkingsmidler og indirekte forsvar, og hvordan forsvarsmangfold brukes i plantevern.

Core questions

• Hvordan gjenkjenner og responderer plantens immunsystem på patogener?
• Hva er gen-for-gen-grunnlaget for sykdomsresistens?
• Hvordan forsvarer planter seg mot herbivorer, direkte og indirekte?

Key theories

Tolags plantimmunitet

Planter detekterer konserverte mikrobielle molekyler på celleoverflaten for et første lag av immunitet og bruker intracellulære reseptorer for å gjenkjenne patogene effektorer for et annet, sterkere lag, ofte kulminerende i lokalisert celledød.

Gen-for-gen-resistens og mangfold

Resistens følger ofte et gen-for-gen-forhold mellom et planteresistensgen og et patogenavirulensgen, og å utplassere mangfoldig resistens i en avling kan undertrykke sykdom i felt.

Mechanisms

Plantimmunitet begynner når overflate-mønstergjenkjenningsreseptorer detekterer konserverte mikrobeassosierte molekylære mønstre, noe som utløser basale forsvarsmekanismer. Vellykkede patogener leverer effektorer for å undertrykke denne responsen, men planter bærer intracellulære nukleotidbindende leucinrike-repeat-reseptorer som gjenkjenner spesifikke effektorer – det molekylære grunnlaget for gen-for-gen-resistens – og setter i gang en sterk respons som ofte inkluderer den hypersensitive celledødsreaksjonen og systemisk ervervet resistens. Mot herbivorer utplasserer planter fysiske barrierer og giftige eller avskrekkende sekundære metabolitter, og kan frigjøre flyktige stoffer som tiltrekker seg angripende herbivorers naturlige fiender.

Clinical relevance

Plantesykdommer og skadedyrangrep forårsaker store avlingstap, så forståelse av forsvar ligger til grunn for avl av resistente sorter og integrerte strategier – inkludert utplassering av genetisk mangfold – som reduserer avhengigheten av plantevernmidler samtidig som avlingene beskyttes.

History

Flor formulerte gen-for-gen-hypotesen fra studier av linrust på 1940- og 1950-tallet; molekylær kloning av resistensgener og den senere anerkjennelsen av et tolags immunsystem, sammen med feltstudier av mangfoldsbasert kontroll, bygget den moderne forståelsen av planteforsvar.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Har planter et immunsystem?

Ja; selv om planter mangler mobile immunceller og antistoffer, besitter de et medfødt immunsystem som gjenkjenner patogener gjennom celleoverflate- og intracellulære reseptorer og responderer med forsvarsmekanismer inkludert lokalisert celledød og systemisk resistens.

Hvordan kan planting av forskjellige sorter redusere avlingssykdom?

Blanding av sorter med ulik resistens begrenser spredningen av et patogen, fordi en stamme som kan infisere én sort, møter resistente planter i nærheten; feltforsøk med ris viste at slikt mangfold skarpt kan redusere sykdom og behovet for fungicider.