通过增强免疫系统帮助植物抵抗病原体

通过增强免疫系统帮助植物抵抗病原体

文明,因为它是目前已知不可能进化,也无法生存,没有充足的粮食供应。 - 博洛格

大多数人从来没有听说过 博洛格。 迄今为止,他是唯一获得诺贝尔和平奖的农业科学家。 他在发展高产和抗病谷物作物方面的工作节省了超过十亿(是的, 十亿)来自饥饿的人。

尽管他几年前曾经在50上发表过这样的话,但是他的信息在今天还不是很重要。 我们生活在一个有望超越的世界 9个十亿人左右2050,目前还有一些 800万人 没有足够的食物来过健康和积极的生活。

我们需要联合国粮食和农业组织项目 增加粮食产量至少70% 以适应人口增长的激增。 这是一项艰巨的任务,由于这个事实几乎变得更加困难 全球收获20%是输给了植物病害。 防治这些疾病的最有效方法之一是通过化学防治 - 杀虫剂的应用。 然而,病原体可以迅速对农药产生抗药性,这就需要更高的用量来维持生产。 也有 环境和健康问题 与潜在的有毒化学物质的应用有关。

现在需求的是作物保护更安全,更可持续的方式迫切。 这就是我们的植物病理学家,在步骤,一个植物病理学家专门从事植物健康在医生专门从事人体健康同样的方式,我们不懈努力,以保护我们的食品供应。

在抗击病原体的战争中的一个新的研究领域集中在提高植物的天然免疫系统。 如果一个工厂可以自己抵抗感染,我们可以减少所需的农药的数量。 与儿童接种疫苗以防止未来疾病相似,植物病理学家正在使用相同的方法来“免疫”植物对抗病原体,其目标是加强对侵略者的免疫防御。 启动植物免疫系统的这种方法可能是一种安全有效的方法,可以拯救目前失去的一些全球性的收成。

压力下的植物1一位木薯专家在泰国东北部检查一棵患病的作物。 CIAT,CC BY-SA

了解植物免疫系统

植物自然暴露于各种致病微生物,如细菌,真菌和病毒。 与有能力避免感染的人类相比,植物是不动的。 因此,植物的每个细胞都必须抵御攻击。 植物有一个多层次的免疫系统,帮助他们抵御这些微生物。 它的工作方式与人体免疫系统非常相似。

植物通过识别微生物的“模式”来检测病原体。这些植物已经发展成为“非自我”的微生物类型(认为是细菌鞭毛)是独特的特征。我们可以将这种能力等同于识别抗原诱导免疫反应的人体。 不幸的是,病原体不断演变以避免承认,通常是通过屏蔽或掩饰这些模式。 这种能力使他们能够在植物细胞进入有效的免疫反应之前定居。

国防启动就像接种疫苗

我们的主要研究目标之一是利用这些模式来启动 植物免疫系统,增强创建针对病原微生物的保护,以代替传统的化学防治方法。


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“原则”防御启动“与我们开发疫苗来治疗人类疾病非常相似。 一种疫苗起着病原体的作用。 它诱使免疫系统认为它受到攻击,刺激防御反应,如产生抗体。 这将创建一个防御记忆,让免疫系统记住一个特定的病原体,如果身体在将来遇到它。 然后,它可以迅速而有力地回应,这要归功于疫苗的预备记忆。

我们可以将这个原理应用于植物病原体关系。 例如,一旦我们确定了病原体感兴趣的模式,我们就会努力分离和纯化病原体。 这一步就像制造疫苗一样。 然后我们可以用纯化的模式接种植物 - 例如,用注射器将其注入茎或叶。 目标是刺激植物的天然免疫反应,在下一次植物遇到病原体时导致更快和/或更强的防御反应。

我们基本上确保在敌人袭击之前,这些植物已经准备好迎战了。 底漆植物 显示增强的耐受性的感染,其特征通常由工厂内较少症状和减少病原体的人群。 虽然引厂尚未商业化农业大规模的基础上实现的,科学家们正在积极地利用进行研究 在温室和田间防御启动 为对细菌,病毒和真菌保护设置。

我自己的研究主要集中在使用防御启动保护细菌病原体 叶缘焦枯病菌 影响到价值数十亿美元的葡萄酒,餐桌和葡萄干葡萄产业。 它会导致皮尔斯病,加利福尼亚州的成本 超过每年100万美元 在作物损失费用和努力治疗它。 目前这种植物病原体引起的疾病目前还没有治愈的方法,但是我们的目标是利用防御启动来消灭它。

压力下的植物2植物也生病了! 在小麦茎锈菌。 Yue Jin,农业研究局

商业农业的潜力

与人体免疫系统相反,其中防御反应对特定的细菌是特异性的,植物启动的作用是广谱的,保护植物免受各种病虫害的侵害。

防御启动的另一个主要好处是,植物适应性几乎没有减少 - 植物仍然正常生长和繁殖。 这是商业化农业的一个关键优势,成功取决于高产。

此外,引发状态是持久的,可以在初始刺激之后保持很长时间。 目前的研究还表明,植物可以将这个防御记忆传递给它们的后代 多代保护 没有任何遗传修饰。

需要进一步的研究来提高我们对这一现象背后的分子机制的理解,但防御启动看起来可能成为未来可持续农业的宝贵和有前途的工具。

关于作者谈话

rapicavoli jeannette珍妮特Rapicavoli是加州大学河滨分校植物病理学博士生。 我的研究重点是居住在木质部,或植物血管系统的导水组织植物病原细菌的宿主 - 病原体相互作用的分子基础上。 具体来说,我与导致严重的疾病,在葡萄和柑橘,等经济重要的植物宿主之间的细菌病原体工作。 目前,我的研究突出细菌细胞表面多糖的作用作为植物先天免疫系统的激发子。

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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