Obrana rastlín proti patogénom a bylinožravcom

Rastliny čelia neustálym útokom mikróbov a živočíchov a bránia sa vrstvenými bariérami, indukovateľným imunitným systémom a chemickou výzbrojou – obrannými mechanizmami, ktorých genetika je základom odolnosti voči chorobám v poľnohospodárstve.

Definition

Obrana rastlín je súbor štrukturálnych, chemických a molekulárnych mechanizmov, ktorými rastliny odolávajú alebo obmedzujú poškodenie spôsobené patogénmi a bylinožravcami.

Scope

Táto téma zahŕňa konštitutívnu a indukovanú obranu rastlín, dvojvrstvový imunitný systém rastlín proti patogénom, model rezistencie gén-za-gén, obranu proti bylinožravcom vrátane chemických odstrašujúcich látok a nepriamu obranu, a ako sa rozmanitosť obranných mechanizmov využíva pri ochrane plodín.

Core questions

• Ako rastlinný imunitný systém rozpoznáva patogény a reaguje na ne?
• Čo je gén-za-gén základom odolnosti voči chorobám?
• Ako sa rastliny bránia proti bylinožravcom, priamo a nepriamo?

Key theories

Dvojvrstvová imunita rastlín

Rastliny detegujú konzervované mikrobiálne molekuly na povrchu buniek pre prvú vrstvu imunity a využívajú intracelulárne receptory na rozpoznanie efektorov patogénov pre druhú, silnejšiu vrstvu, často kulminujúcu v lokalizovanej bunkovej smrti.

Gén-za-gén rezistencia a diverzita

Rezistencia často sleduje vzťah gén-za-gén medzi génom rezistencie rastliny a génom avirulencie patogénu, a nasadenie rôznorodej rezistencie v rámci plodiny môže potlačiť chorobu v teréne.

Mechanisms

Imunita rastlín začína, keď povrchové receptory rozpoznávajúce vzory (pattern-recognition receptors) detegujú konzervované molekulárne vzory spojené s mikróbmi (microbe-associated molecular patterns), čím spúšťajú bazálnu obranu. Úspešné patogény dodávajú efektory na potlačenie tejto reakcie, ale rastliny majú intracelulárne receptory s nukleotid-viažucimi leucín-bohatými opakovaniami (nucleotide-binding leucine-rich-repeat receptors), ktoré rozpoznávajú špecifické efektory – molekulárny základ gén-za-gén rezistencie – a spúšťajú silnú reakciu, často vrátane hypersenzitívnej reakcie bunkovej smrti a systémovej získanej rezistencie. Proti bylinožravcom rastliny nasadzujú fyzické bariéry a toxické alebo odstrašujúce sekundárne metabolity a môžu uvoľňovať prchavé látky, ktoré priťahujú prirodzených nepriateľov útočiaceho bylinožravca.

Clinical relevance

Choroby rastlín a poškodenie škodcami spôsobujú veľké straty úrody, takže pochopenie obrany je základom šľachtenia odolných odrôd a integrovaných stratégií – vrátane nasadenia genetickej diverzity – ktoré znižujú závislosť od pesticídov a zároveň chránia výnosy.

History

Flor sformuloval hypotézu gén-za-gén na základe štúdií hrdze ľanu v 40. a 50. rokoch 20. storočia; molekulárne klonovanie génov rezistencie a neskoršie rozpoznanie dvojvrstvového imunitného systému, spolu s terénnymi štúdiami kontroly založenej na diverzite, vybudovali moderné chápanie obrany rastlín.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Majú rastliny imunitný systém?

Áno; hoci rastlinám chýbajú mobilné imunitné bunky a protilátky, disponujú vrodeným imunitným systémom, ktorý rozpoznáva patogény prostredníctvom povrchových a intracelulárnych receptorov a reaguje obrannými mechanizmami vrátane lokalizovanej bunkovej smrti a systémovej rezistencie.

Ako môže výsadba rôznorodých odrôd znížiť choroby plodín?

Miešanie odrôd s rôznou rezistenciou obmedzuje šírenie patogénu, pretože kmeň schopný infikovať jednu odrodu narazí na odolné rastliny v okolí; terénne experimenty s ryžou ukázali, že takáto diverzita môže výrazne znížiť choroby a potrebu fungicídov.