Селекция сельскохозяйственных культур на устойчивость к патогенам болезней имеет важное значение в стремлении обеспечить производство продовольствия во всем мире. Однако, несмотря на усилия по борьбе с ними, болезни сельскохозяйственных культур по-прежнему составляют пятнадцать процентов потерь в мировом производстве продуктов питания. Фермеры опрыскивают свои посевы фунгицидами для борьбы с этими болезнями растений, но их эффективность ограничена, поскольку возбудители болезней мутируют и становятся нечувствительными к фунгицидам.Используя новые молекулярные и генетические идеи, исследование, проведенное в сотрудничестве с Пьером де Вит из Вагенингенского сельскохозяйственного университета в Нидерландах, обеспечивает лучшее понимание системы защиты сельскохозяйственных культур от вредных патогенов, которые растут в пространствах между растительными клетками.
Это открывает новые возможности для повышения эффективности селекционных культур по устойчивости к болезням.Доктор Хенрик Стотц, научный сотрудник школы Марии Кюри и ведущий исследователь из Школы естественных и медицинских наук Университета Хартфордшира, сказал: «Поскольку традиционные методы борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур становятся менее эффективными, возникает необходимость в выведении новых сортов сельскохозяйственных культур со встроенной устойчивостью. к болезнетворным микроорганизмам увеличивается.«Точно так же, как люди развили иммунный ответ против патогенов болезней человека, урожай можно выращивать на предмет устойчивости к болезнетворным микроорганизмам, но нам необходимо улучшить наше понимание эффективных механизмов резистентности в растениях.
Наши исследования расширяют традиционное понимание защиты растений и описывает новую концепцию, описывающую, как растения защищают себя от патогенов, которые растут в пространстве за пределами растительных клеток (апопласт) — новую концепцию, называемую защитой, запускаемой эффектором, или ETD ».Защитные системы растений состоят из взаимосвязанных уровней рецепторов, которые находятся как снаружи, так и внутри растительных клеток. Оба набора рецепторов воспринимают инвазивный патоген и реагируют на его вторжение.
Две рецепторные системы имеют разные классы растительных рецепторных белков для обнаружения различных типов молекул патогенов.Современное понимание защиты растений состоит в том, что растения, использующие эти рецепторы, имеют две формы защиты.
Иммунитет, запускаемый паттерном (PTI), является первой линией защиты, действующей вскоре после того, как патоген приземлился на поверхности растения. Прежде чем патоген проникнет в растение, иммунная система растения-хозяина распознает присутствие в нем определенных молекул или паттернов патогена.
Затем это активирует иммунные реакции, чтобы остановить патоген и таким образом защитить растение от инфекции.Вторая линия защиты называется иммунитетом, запускаемым эффектором (ETI), он основан на обнаружении возбудителей болезней генами растений — существует взаимосвязь между геном растения-хозяина и геном патогена. Концепция ETI была разработана для описания защиты от патогенов, которые проникают в клетки растений (например, пшеничной ржавчины и мучнистой росы, возбудителей фитофтороза картофеля), и хорошо соответствует их защитным механизмам. Присутствие патогена в клетке активирует специфические белки, вызывающие гибель как растительной клетки, так и вторгающегося патогена.
Д-р Стотц продолжил: «Эта концепция ETI растений на самом деле не объясняет вторую линию защиты во взаимодействии растений-хозяев, защищающих себя от внеклеточных грибковых патогенов, то есть тех патогенных грибов, которые попадают в лист растения, чтобы использовать пространство. между его клетками, известными как апопласт, для извлечения питательных веществ из растения. К ним относятся повреждающие патогены, вызывающие пятнистость листьев септориоза на пшенице, пятно на листьях ячменя, паршу яблони и легкие пятна на листьях масличного рапса. защита от тех патогенов, которые попадают в лист, но не в клетки.«Благодаря нашему исследованию мы обнаружили, что защита от внеклеточных патогенов (ETD) включает в себя гены растений, отличные от тех, которые участвуют в защите от внутриклеточных патогенов.
Мы идентифицировали некоторые специфические гены устойчивости, которые кодируют рецептороподобные протеины (RLP), и описали, как они действуют против Мы считаем, что иммунитет — слишком сильный термин для этого нового защитного механизма, потому что эти внеклеточные патогены могут выживать и даже воспроизводиться половым путем на резистентных хозяевах, и поэтому мы называем это «защитой» ».Профессор Брюс Фитт, профессор патологии растений в Университете Хартфордшира, добавил: «Это новое понимание защиты растений с помощью ETD предполагает различные операции конкретных генов устойчивости, которые помогут нам добиться большего успеха в селекции новых сортов сельскохозяйственных культур на устойчивость. Это имеет важное значение в борьбе за глобальную продовольственную безопасность, чтобы защитить будущие источники продовольствия в мире ».
Статья «Защита от апопластных грибковых патогенов, запускаемая эффектором» опубликована на сайте Trends in Plant Science.