Apărarea plantelor împotriva agenților patogeni și a erbivorelor

Plantele se confruntă constant cu atacuri din partea microbilor și a animalelor și se apără cu bariere stratificate, un sistem imunitar inductibil și armament chimic — apărări a căror genetică stă la baza rezistenței la boli în agricultură.

Definition

Apărarea plantelor este ansamblul de mecanisme structurale, chimice și moleculare prin care plantele rezistă sau limitează daunele provocate de agenții patogeni și erbivore.

Scope

Acest subiect acoperă apărările constitutive și induse ale plantelor, sistemul imunitar vegetal cu două straturi împotriva agenților patogeni, modelul genă-pentru-genă al rezistenței, apărările împotriva erbivorelor, inclusiv substanțe chimice descurajatoare și apărări indirecte, și modul în care diversitatea apărărilor este utilizată în protecția culturilor.

Core questions

• Cum recunoaște și răspunde sistemul imunitar al plantelor la agenții patogeni?
• Care este baza genă-pentru-genă a rezistenței la boli?
• Cum se apără plantele împotriva erbivorelor, direct și indirect?

Key theories

Imunitatea plantelor cu două straturi

Plantele detectează molecule microbiene conservate la suprafața celulei pentru un prim strat de imunitate și utilizează receptori intracelulari pentru a recunoaște efectorii patogeni pentru un al doilea strat, mai puternic, culminând adesea cu moartea celulară localizată.

Rezistența genă-pentru-genă și diversitatea

Rezistența urmează adesea o relație genă-pentru-genă între o genă de rezistență a plantei și o genă de avirulență a patogenului, iar implementarea unei rezistențe diverse într-o cultură poate suprima boala în câmp.

Mechanisms

Imunitatea plantelor începe atunci când receptorii de recunoaștere a modelelor de suprafață detectează modele moleculare asociate microbilor (MAMP) conservate, declanșând apărări bazale. Agenții patogeni de succes livrează efectori pentru a suprima acest răspuns, dar plantele poartă receptori intracelulari cu domenii de legare a nucleotidelor și repetări bogate în leucină (NLR) care recunosc efectori specifici — baza moleculară a rezistenței genă-pentru-genă — și montează un răspuns puternic, incluzând adesea reacția hipersensibilă de moarte celulară și rezistența sistemică dobândită. Împotriva erbivorelor, plantele utilizează bariere fizice și metaboliți secundari toxici sau descurajanți și pot elibera substanțe volatile care atrag inamicii naturali ai erbivorului atacator.

Clinical relevance

Bolile plantelor și daunele provocate de dăunători cauzează pierderi majore de culturi, astfel încât înțelegerea apărării stă la baza ameliorării soiurilor rezistente și a strategiilor integrate — inclusiv implementarea diversității genetice — care reduc dependența de pesticide, protejând în același timp randamentele.

History

Flor a formulat ipoteza genă-pentru-genă din studiile privind rugina inului în anii 1940 și 1950; clonarea moleculară a genelor de rezistență și recunoașterea ulterioară a unui sistem imunitar cu două straturi, împreună cu studiile de teren privind controlul bazat pe diversitate, au construit înțelegerea modernă a apărării plantelor.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Plantele au un sistem imunitar?

Da; deși plantelor le lipsesc celulele imunitare mobile și anticorpii, ele posedă un sistem imunitar înnăscut care recunoaște agenții patogeni prin receptori de suprafață celulară și intracelulari și răspunde cu apărări, inclusiv moarte celulară localizată și rezistență sistemică.

Cum poate reducerea diversității soiurilor plantate să diminueze bolile culturilor?

Amestecarea soiurilor cu rezistență diferită limitează răspândirea unui agent patogen, deoarece o tulpină capabilă să infecteze un soi întâlnește plante rezistente în apropiere; experimentele de teren la orez au arătat că o astfel de diversitate poate reduce drastic bolile și necesitatea fungicidelor.