Защита растений от патогенов и травоядных

Растения постоянно подвергаются нападениям микробов и животных и защищаются с помощью многоуровневых барьеров, индуцируемой иммунной системы и химического оружия — защитных механизмов, генетика которых лежит в основе устойчивости к болезням в сельском хозяйстве.

Definition

Защита растений — это совокупность структурных, химических и молекулярных механизмов, с помощью которых растения сопротивляются или ограничивают повреждения от патогенов и травоядных.

Scope

Эта тема охватывает конститутивную и индуцированную защиту растений, двухуровневую иммунную систему растений против патогенов, модель устойчивости «ген-на-ген», защиту от травоядных, включая химические репелленты и непрямую защиту, а также использование разнообразия защитных механизмов в защите сельскохозяйственных культур.

Core questions

• Как иммунная система растений распознает патогены и реагирует на них?
• В чем заключается ген-на-генная основа устойчивости к болезням?
• Как растения защищаются от травоядных, прямо и косвенно?

Key theories

Двухуровневый иммунитет растений

Растения обнаруживают консервативные микробные молекулы на поверхности клетки для первого уровня иммунитета и используют внутриклеточные рецепторы для распознавания эффекторов патогенов для второго, более сильного уровня, часто завершающегося локализованной гибелью клеток.

Ген-на-генная устойчивость и разнообразие

Устойчивость часто следует ген-на-генной зависимости между геном устойчивости растения и геном авирулентности патогена, а использование разнообразной устойчивости в посевах может подавлять болезни в полевых условиях.

Mechanisms

Иммунитет растений начинается, когда поверхностные рецепторы распознавания образов обнаруживают консервативные ассоциированные с микробами молекулярные паттерны, запуская базальную защиту. Успешные патогены доставляют эффекторы для подавления этого ответа, но растения обладают внутриклеточными нуклеотид-связывающими лейцин-богатыми повторными рецепторами, которые распознают специфические эффекторы — молекулярную основу ген-на-генной устойчивости — и вызывают сильный ответ, часто включающий реакцию гиперчувствительной клеточной гибели и системную приобретенную устойчивость. Против травоядных растения используют физические барьеры и токсичные или отпугивающие вторичные метаболиты, а также могут выделять летучие вещества, привлекающие естественных врагов атакующего травоядного.

Clinical relevance

Болезни растений и повреждения вредителями вызывают значительные потери урожая, поэтому понимание механизмов защиты лежит в основе выведения устойчивых сортов и интегрированных стратегий — включая использование генетического разнообразия — которые снижают зависимость от пестицидов, сохраняя при этом урожайность.

History

Флор сформулировал гипотезу «ген-на-ген» на основе исследований ржавчины льна в 1940-х и 1950-х годах; молекулярное клонирование генов устойчивости и последующее признание двухуровневой иммунной системы, наряду с полевыми исследованиями контроля, основанного на разнообразии, сформировали современное понимание защиты растений.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Есть ли у растений иммунная система?

Да; хотя у растений отсутствуют подвижные иммунные клетки и антитела, они обладают врожденной иммунной системой, которая распознает патогены через клеточно-поверхностные и внутриклеточные рецепторы и реагирует защитными механизмами, включая локализованную гибель клеток и системную устойчивость.

Как посадка разнообразных сортов может снизить заболеваемость сельскохозяйственных культур?

Смешивание сортов с различной устойчивостью ограничивает распространение патогена, потому что штамм, способный заразить один сорт, сталкивается с устойчивыми растениями поблизости; полевые эксперименты с рисом показали, что такое разнообразие может резко снизить заболеваемость и потребность в фунгицидах.