Захист рослин від патогенів і травоїдних тварин

Рослини постійно піддаються атакам мікробів і тварин і захищаються за допомогою багатошарових бар'єрів, індукованої імунної системи та хімічної зброї — засобів захисту, генетика яких лежить в основі стійкості до хвороб у сільському господарстві.

Definition

Захист рослин — це сукупність структурних, хімічних і молекулярних механізмів, за допомогою яких рослини протистоять або обмежують пошкодження від патогенів і травоїдних тварин.

Scope

Ця тема охоплює конститутивний та індукований захист рослин, дворівневу імунну систему рослин проти патогенів, модель стійкості «ген-за-ген», захист від травоїдних тварин, включаючи хімічні відлякувачі та непрямий захист, а також те, як різноманітність захисту використовується в захисті врожаю.

Core questions

• Як імунна система рослин розпізнає патогени та реагує на них?
• Що таке ген-за-генна основа стійкості до хвороб?
• Як рослини захищаються від травоїдних тварин, прямо та опосередковано?

Key theories

Дворівневий імунітет рослин

Рослини виявляють консервативні мікробні молекули на поверхні клітин для першого рівня імунітету та використовують внутрішньоклітинні рецептори для розпізнавання ефекторів патогенів для другого, сильнішого рівня, що часто завершується локалізованою загибеллю клітин.

Ген-за-генна стійкість і різноманітність

Стійкість часто відповідає ген-за-генним відносинам між геном стійкості рослини та геном авірулентності патогена, а використання різноманітної стійкості в межах посіву може пригнічувати хвороби в полі.

Mechanisms

Імунітет рослин починається, коли поверхневі рецептори розпізнавання образів виявляють консервативні мікробо-асоційовані молекулярні образи, запускаючи базальний захист. Успішні патогени доставляють ефектори для пригнічення цієї відповіді, але рослини мають внутрішньоклітинні нуклеотид-зв'язуючі лейцин-багаті повторювані рецептори, які розпізнають специфічні ефектори — молекулярну основу ген-за-генної стійкості — і викликають сильну відповідь, часто включаючи гіперчутливу реакцію загибелі клітин та системну набуту стійкість. Проти травоїдних тварин рослини використовують фізичні бар'єри та токсичні або відлякуючі вторинні метаболіти, а також можуть виділяти леткі речовини, які приваблюють природних ворогів атакуючого травоїдного.

Clinical relevance

Хвороби рослин та пошкодження шкідниками спричиняють значні втрати врожаю, тому розуміння захисту лежить в основі виведення стійких сортів та інтегрованих стратегій — включаючи використання генетичного різноманіття — які зменшують залежність від пестицидів, одночасно захищаючи врожайність.

History

Флор сформулював гіпотезу «ген-за-ген» на основі досліджень іржі льону в 1940-х і 1950-х роках; молекулярне клонування генів стійкості та пізніше визнання дворівневої імунної системи, разом з польовими дослідженнями контролю на основі різноманітності, сформували сучасне розуміння захисту рослин.

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

Чи мають рослини імунну систему?

Так; хоча рослинам бракує рухливих імунних клітин та антитіл, вони мають вроджену імунну систему, яка розпізнає патогени через клітинно-поверхневі та внутрішньоклітинні рецептори та реагує захисними механізмами, включаючи локалізовану загибель клітин та системну стійкість.

Як висаджування різноманітних сортів може зменшити хвороби сільськогосподарських культур?

Змішування сортів з різною стійкістю обмежує поширення патогена, оскільки штам, здатний інфікувати один сорт, зустрічає стійкі рослини поблизу; польові експерименти з рисом показали, що така різноманітність може різко зменшити хвороби та потребу в фунгіцидах.