Växtförsvar mot patogener och herbivorer

Växter utsätts ständigt för angrepp från mikrober och djur och försvarar sig med skiktade barriärer, ett inducerbart immunsystem och kemiska vapen – försvar vars genetik ligger till grund för sjukdomsresistens inom jordbruket.

Definition

Växtförsvar är uppsättningen av strukturella, kemiska och molekylära mekanismer genom vilka växter motstår eller begränsar skador från patogener och herbivorer.

Scope

Detta ämne behandlar konstitutiva och inducerade växtförsvar, växternas tvåskiktade immunsystem mot patogener, gen-för-gen-modellen för resistens, försvar mot herbivorer inklusive kemiska avskräckningsmedel och indirekta försvar, samt hur försvarsmångfald används i växtskydd.

Core questions

• Hur känner växternas immunsystem igen och reagerar på patogener?
• Vad är gen-för-gen-grunden för sjukdomsresistens?
• Hur försvarar sig växter mot herbivorer, direkt och indirekt?

Key theories

Tvåskiktad växtimmunitet

Växter detekterar konserverade mikrobiella molekyler på cellytan för ett första immunitetslager och använder intracellulära receptorer för att känna igen patogeners effektorer för ett andra, starkare lager, ofta kulminerande i lokaliserad celldöd.

Gen-för-gen-resistens och mångfald

Resistens följer ofta ett gen-för-gen-förhållande mellan en växts resistensgen och en patogens avirulensgen, och att använda diversifierad resistens inom en gröda kan undertrycka sjukdom i fält.

Mechanisms

Växtimmunitet börjar när ytliga mönsterigenkänningsreceptorer (pattern-recognition receptors) detekterar konserverade mikrobassocierade molekylära mönster (microbe-associated molecular patterns), vilket utlöser basala försvar. Framgångsrika patogener levererar effektorer för att undertrycka denna respons, men växter bär intracellulära nukleotidbindande leucinrika upprepningsreceptorer (nucleotide-binding leucine-rich-repeat receptors) som känner igen specifika effektorer – den molekylära grunden för gen-för-gen-resistens – och monterar en stark respons som ofta inkluderar den hypersensitiva celldödsreaktionen och systemisk förvärvad resistens. Mot herbivorer använder växter fysiska barriärer och toxiska eller avskräckande sekundära metaboliter, och kan frisätta flyktiga ämnen som attraherar angripande herbivorers naturliga fiender.

Clinical relevance

Växtsjukdomar och skadedjursangrepp orsakar stora skördeförluster, så förståelse för försvarsmekanismer ligger till grund för förädling av resistenta sorter och integrerade strategier – inklusive användning av genetisk mångfald – som minskar beroendet av bekämpningsmedel samtidigt som skördarna skyddas.

History

Flor formulerade gen-för-gen-hypotesen från studier av linrost på 1940- och 1950-talen; molekylär kloning av resistensgener och det senare erkännandet av ett tvåskiktat immunsystem, tillsammans med fältstudier av mångfaldsbaserad kontroll, byggde den moderna förståelsen av växtförsvar.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Har växter ett immunsystem?

Ja; även om växter saknar mobila immunceller och antikroppar, besitter de ett medfött immunsystem som känner igen patogener genom cellyte- och intracellulära receptorer och svarar med försvar inklusive lokaliserad celldöd och systemisk resistens.

Hur kan plantering av olika sorter minska växtsjukdomar?

Att blanda sorter med olika resistens begränsar spridningen av en patogen, eftersom en stam som kan infektera en sort möter resistenta växter i närheten; fältexperiment med ris visade att sådan mångfald kraftigt kan minska sjukdomar och behovet av fungicider.