Как садовые культуры защищаются от грибковых патогенов?
Учёные из Китайской академии наук обобщили последние исследования защитных реакций садовых культур на грибковые патогены, новые стратегии индукции устойчивости растений, а также проблемы и будущие направления работ.
Фитохимические соединения с противомикробным действием — важный компонент защиты растений. Среди них:
- Фитоалексины индуцируются внешними факторами.
- Фитоантиципины присутствуют естественно или усиливаются после индукции.
Эти соединения классифицируются по структуре: фенолы, флавоноиды, кумарины, лигнины, терпеноиды, алкалоиды, глюкозинолаты, стильбены. Фенолы и флавоноиды ингибируют патогены, вызывая перекисное окисление липидов мембраны, что нарушает её проницаемость и функцию митохондрий грибов. Терпеноиды также подавляют рост грибов и индуцируют устойчивость. Эти соединения обладают широким спектром стабильной антифунгальной активности и могут стать альтернативой химическим фунгицидам.
Иммунные реакции растений:
- PTI (индуцированный паттернами иммунитет): Рецепторы распознавания паттернов (PRRs) распознают консервативные молекулярные паттерны DAMPs (от растения) или PAMPs (от патогена) при повреждении клеточной стенки.
- ETI (индуцированный эффекторами иммунитет): Эффекторы патогена распознаются белками устойчивости растений (например, NB-LRR/NLR), что приводит к усиленному иммунному ответу. Лишь немногие гены NB-LRR подтверждены в ответе на грибковые патогены, и их дальнейшее изучение обогатит арсенал защиты.
Локальные и системные защитные ответы включают гиперчувствительный ответ (HR), модификацию клеточной стенки, закрытие устьиц, отложение каллозы, выработку фитоалексинов и детоксикацию. После локальной индукции системные сигналы активируют устойчивость в других тканях:
- Системная приобретённая устойчивость (SAR) опосредована в основном салициловой кислотой (SA) и, в меньшей степени, N-гидроксипипехолиновой кислотой (NHP).
- Индуцированная растительноядными устойчивость (HIR) регулируется жасмоновой кислотой (JA) и этиленом (ET).
- Взаимодействие (синергическое и антагонистическое) между SA, JA и ET критически важно для защиты.
Новые стратегии контроля болезней необходимы из-за устойчивости патогенов к традиционным фунгицидам и угрозы экологии:
- Перекрёстный трафик РНК: Патогенный гриб B. cinerea производит малые РНК (sRNAs), подавляющие иммунитет хозяина. В ответ растения доставляют sRNAs во внеклеточных везикулах в гриб, подавляя гены его патогенности. Топическое применение двухцепочечной РНК (dsRNA) может значительно ингибировать симптомы болезней.
- Трансляционный контроль мРНК: Верхние открытые рамки считывания (uORFs) широко регулируют трансляцию мРНК у эукариот. Их редактирование (например, с помощью CRISPR/Cas9) для индукции устойчивости — эффективный путь с минимальным влиянием на нормальный рост, что перспективно для генетического улучшения культур.
По словам профессора Тянь, развитие омиксных технологий предоставило большие наборы данных, расширив понимание защитных реакций. В обзоре также рассмотрены ограничения предыдущих исследований и предложены будущие направления для генетического улучшения устойчивости садовых культур.
Исследование опубликовано в Horticulture Research.