植物对病原体和食草动物的防御

植物不断受到微生物和动物的攻击，并通过分层屏障、诱导性免疫系统和化学武器进行防御——这些防御的遗传学是农业抗病性的基础。

Definition

植物防御是植物抵抗或限制病原体和食草动物损害的一系列结构、化学和分子机制。

Scope

本主题涵盖组成型和诱导性植物防御、植物针对病原体的双层免疫系统、抗性的基因对基因模型、针对食草动物的防御（包括化学威慑和间接防御），以及如何在作物保护中利用防御多样性。

Core questions

• 植物免疫系统如何识别和响应病原体？
• 疾病抗性的基因对基因基础是什么？
• 植物如何直接和间接防御食草动物？

Key theories

双层植物免疫

植物在细胞表面检测保守的微生物分子以形成第一层免疫，并利用细胞内受体识别病原体效应子以形成第二层更强的免疫，通常最终导致局部细胞死亡。

基因对基因抗性和多样性

抗性通常遵循植物抗性基因与病原体无毒基因之间的基因对基因关系，在作物中部署多样化的抗性可以抑制田间病害。

Mechanisms

植物免疫始于表面模式识别受体检测到保守的微生物相关分子模式，从而触发基础防御。成功的病原体输送效应子以抑制这种反应，但植物携带细胞内核苷酸结合富亮氨酸重复受体，这些受体识别特定的效应子——这是基因对基因抗性的分子基础——并引发强烈的反应，通常包括过敏性细胞死亡反应和系统获得性抗性。针对食草动物，植物部署物理屏障和有毒或威慑性的次生代谢产物，并能释放引诱攻击性食草动物天敌的挥发物。

Clinical relevance

植物病害和虫害导致严重的作物损失，因此了解防御是培育抗性品种和综合策略（包括部署遗传多样性）的基础，这些策略在保护产量的同时减少了对农药的依赖。

History

弗洛尔在20世纪40年代和50年代通过对亚麻锈病的研究提出了基因对基因假说；抗性基因的分子克隆和后来对双层免疫系统的认识，以及基于多样性控制的田间研究，构建了现代植物防御的理解。

Key figures

• Harold Flor
• Jonathan Jones
• Jeffery Dangl

Seminal works

• buchanan2015
• zhu2000

Frequently asked questions

植物有免疫系统吗？

是的；尽管植物缺乏移动免疫细胞和抗体，但它们拥有先天免疫系统，通过细胞表面和细胞内受体识别病原体，并通过包括局部细胞死亡和系统抗性在内的防御措施作出反应。

种植多样化品种如何减少作物病害？

混合具有不同抗性的品种可以限制病原体的传播，因为能够感染一个品种的菌株会遇到附近的抗性植物；水稻田间试验表明，这种多样性可以显著减少病害和对杀菌剂的需求。