通過增強免疫系統幫助植物抵抗病原體

通過增強免疫系統幫助植物抵抗病原體

文明,因為它是目前已知不可能進化,也無法生存,沒有充足的糧食供應。 - 博洛格

大多數人從未聽說過 諾曼·博洛格。 到目前為止,他是唯一一位獲得諾貝爾和平獎的農業科學家。 他在開發高產和抗病穀物作物方面的工作節省了超過10億(是的, 十億來自飢餓的人們。

雖然他在幾年前就已經說了近50這些話,但他今天的信息卻沒那麼重要。 我們生活在一個有望超越的世界 9個十億人左右2050,目前,一些 800萬人 沒有足夠的食物來過健康積極的生活。

我們需要聯合國糧食和農業組織項目 將糧食產量增加至少70% 以適應人口增長的激增。 這是一項艱鉅的任務,近乎這一事實變得更加困難 全球收穫20%是輸給了植物病害。 對抗這些疾病的最有效方法之一是通過化學控制 - 農藥的應用。 然而,病原體可以快速產生對農藥的抗性,這可能需要更高的使用量來維持生產。 還有 環境和健康問題 與潛在有毒化學品在田間的應用有關。

現在需求的是作物保護更安全,更可持續的方式迫切。 這就是我們的植物病理學家,在步驟,一個植物病理學家專門從事植物健康在醫生專門從事人體健康同樣的方式,我們不懈努力,以保護我們的食品供應。

抗病原體戰爭的一個新領域研究重點是增強植物的自然免疫系統。 如果植物可以自行抵禦感染,我們可以減少所需的農藥量。 與兒童接種疫苗以防止未來疾病的方式類似,植物病理學家正在使用相同的方法“免疫”植物抵抗病原體,目的是加強對入侵者的免疫防禦。 這種引發植物免疫系統的方法可能是一種安全有效的方法,可以挽救目前因疾病而失去的一些全球收穫。

受壓的植物1木薯專家檢查泰國東北部的病害作物。 CIAT,CC BY-SA


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了解植物免疫系統

植物天然暴露於各種致病微生物,例如細菌,真菌和病毒。 與能夠物理逃避感染的人類相比,植物是不動的。 因此,植物中的每個細胞都必須防禦攻擊。 植物具有多層免疫系統,可幫助它們抵禦這些微生物。 它的工作方式與人體免疫系統非常相似。

植物通過識別微生物“模式”來檢測病原體。這些是植物進化為“非自我”的微生物類型(認為細菌鞭毛)的獨特特徵。我們可以將這種能力等同於通過識別抗原來識別抗原。人體,誘導免疫反應。 不幸的是,病原體不斷發展以逃避識別,通常是通過屏蔽或掩飾這些模式。 這種能力使它們能夠在植物細胞產生有效的免疫反應之前定植它。

防禦啟動就像疫苗接種一樣

我們的主要研究目標之一是利用這些模式來完善 植物免疫系統,增強創建針對病原微生物的保護,以代替傳統的化學防治方法。

原則“防禦啟動“與我們開發治療人類疾病的疫苗非常相似。 疫苗通過充當病原體冒名頂替者而起作用。 它誘使免疫系統認為它受到攻擊,這會刺激防禦反應,例如抗體的產生。 這會產生一種防禦記憶,讓身體在將來遇到它時,讓免疫系統記住一種特定的病原體。 然後它可以快速而有力地做出反應,這要歸功於疫苗引發的記憶。

我們可以將同樣的原理應用於植物 - 病原體關係。 例如,一旦我們確定了病原體的感興趣模式,我們就會努力分離和純化它。 這一步就像製造疫苗一樣。 然後我們可以用純化的模式接種植物 - 例如,用注射器將其註入莖或葉中。 目標是刺激植物的天然免疫反應,在植物​​下次遇到病原體時產生更快和/或更強的防禦反應。

我們基本上確保植物在敵人攻擊前為戰鬥做好準備。 引種植物 顯示增強的耐受性的感染,其特徵通常由工廠內較少症狀和減少病原體的人群。 雖然引廠尚未商業化農業大規模的基礎上實現的,科學家們正在積極地利用進行研究 溫室和田地的防禦啟動 為對細菌,病毒和真菌保護設置。

我自己的研究主要集中在使用防禦啟動來防止細菌病原體被稱為 Xylella fastidiosa 這影響了價值數十億美元的葡萄酒,餐桌和葡萄乾葡萄產業。 它導致皮爾斯病,其成本加利福尼亞州 每年超過1000萬美元 在作物損失費用和處理它的努力。 目前還無法治愈由這種植物病原體引起的疾病,但我們的目標是利用防禦啟動來消滅它。

受壓的植物2植物也生病了! 在小麥的詞根鐵鏽真菌。 岳進,農業研究服務

商業農業的潛力

與人類免疫系統相反,其中防禦反應特定於特定的細菌,啟動在植物中的作用是廣譜的,保護植物免受各種疾病和害蟲的侵害。

防禦啟動的另一個主要好處是植物健康幾乎沒有減少 - 植物仍能正常生長和繁殖。 這是商業性農業的一個關鍵優勢,其成功取決於高產量。

此外,引發狀態是持久的並且可以在初始刺激之後保持很長時間。 目前的研究還表明,植物可以將這種防禦記憶傳遞給它們的後代 多代保護 沒有任何遺傳修飾。

需要進一步研究以提高我們對這一現象背後的分子機制的理解,但防禦啟動看起來可能是未來可持續農業的一個有價值和有前景的工具。

關於作者談話

rapicavoli jeannette珍妮特Rapicavoli是加州大學河濱分校植物病理學博士生。 我的研究重點是居住在木質部,或植物血管系統的導水組織植物病原細菌的宿主 - 病原體相互作用的分子基礎上。 具體來說,我與導致嚴重的疾病,在葡萄和柑橘,等經濟重要的植物宿主之間的細菌病原體工作。 目前,我的研究突出細菌細胞表面多醣的作用作為植物先天免疫系統的激發子。

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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