Indukcja odporności roślin
Indukcja odporności elicytorami
metodą komercyjnej
biologicznej ochrony roślin
przed patogenemi
Przedstawiony w tytule problem odnosi się do:
-miejsca indukcji odporności w biologicznej ochronie roślin (w rynku
biopestycydów) a tej na rynku środków ochrony roślin (pestycydów);
-ró\
norodności czynników indukujących odporność  elicytorów;
-ró\
norodności typów odporności roślin i szlaków indukowanej odporności;
-powiązania szlaków sygnałowych indukowanej odporności roślin
z gospodarką fitohormonalną zarówno
roślinnego gospodarza jak i mikroorganizmu wchodzącego z nim w interakcję;
-skuteczności elicytorów i indukowanej przez nie odporności w ochronie roślin;
-wpływie kosztów fizjologicznych ponoszonych przez roślinę na opłacalność
stosowania elicytorów odporności.
Według klasyfikacji FRAC (ang. Fungicide Resistance Action Committee)
Wyró\
nia się następujące grupy fungicydów na podstawie sposobu działania
(Kuck i Gisi, 2007; Whalen i Sampedro 2010)
Grupa P fungicydów stanowi ok. 2% całkowitego rynku fungicydów (Kuck i Gisi, 2007; Morton i Staub, 2008)
tyle samo co np. zaliczane do klasy D amilinopirimidyny czy do klasy C karboksamidów.
Udział biopestycydów, których działanie oparte jest na indukowaniu odporności roślin jest
niewielki, ale te biopestycydy nale\
ą do grupy o największym potencjale.
Potencjał ten wynika z pogłębiającej się w ostatnich latach bardzo gwałtownie wiedzy na temat
zjawiska indukowanej odporności i ró\
norodnych szlaków interakcji pomiędzy substancjami
sygnałowymi a fitohormonami jak równie\
z ugruntowania roli odporności jako
podstawowego elementu interakcji roślina  mikroorganizm.
uleganie chorobie,
PODATNOŚĆ
spadek plonowania
niezaka\
alność
IMMUNIA
NIEGOŚCINNOŚĆ - odporność roślin typu non-host
Dany gatunek nie jest gospodarzem dla patogena;
gdy\
nie mo\
e dojść do
inwazji, ró\
nicowania, kolonizacji lub namna\
ania się patogena.
UNIKANIE
niezgodność fenologiczna
KONTAKTU
brak zakłóceń metabolicznych,
TOLERANCJA
regeneracja uszkodzeń
ODPORNOŚĆ warunkowana genetycznie zdolność do
powstrzymywania patogena/szkodnika
WA
AŚCIWA
Kategorie Kategorie
genetyczne mechanizmu
Wstrzyknięcie LPS
wywołuje u Arabidopsis
PIONOWA BIERNA
czasową odporność
na zaka\
enie
bakteriami Erwinia carotovora
POZIOMA CZYNNA=
INDUKOWANA
UOGÓLNIONA NABYTA ODPORNOŚĆ
NABYTA
systemic acquired resistance (SAR)
POWSZECHNA SPECYFICZNA
Charakterystyka odporności powszechnej i specyficznej
Cecha Odporność powszechna Odporność specyficzna
(niegospodarza) (gospodarza)
Występowanie Wiele gatunków roślin Jeden lub kilka gatunków
roślin
Forma ekspresji Konstytutywna lub Konstytutywna lub
indukowana indukowana
Skuteczność Względem wszystkich Względem tylko jednego
patogenów i szkodników patogenu lub określonej
jego rasy
Determinacja genetyczna Poligenowa Mono-, oligo- lub
poligenowa
Stabilność genetyczna Bardzo du\
a Brak stabilności lub mała
Roślinne mechanizmy obronne
mechanizmy
bariery anatomiczno-morfologiczne
Konstytutywne mechanizmy obronne
preinfekcyjne
Chronią całą roślinę w sposób bierny.
" bariery fizyczne, np. ściana komórkowa oraz cytoszkielet
" woski (skład) na powierzchni rośliny
" wtórne metabolity wytwarzane konstytutywnie, np. saponiny
odporność bierna
bariery fizjologiczno-ochronne
=aksenia
reakcje pierwotne
mechanizmy
zasięg lokalny
poinfekcyjne
reakcje wtórne
=indukowane*
oddziaływania systemiczne
odporność czynna
=aktywna
SAR ISR IR
*czasami zawę\
ane tylko do oddziaływań systemicznych
Indukowane mechanizmy obronne
bronią roślinę zarówno przed patogenami typu host jak i non-host i są indukowane
pojawieniem się obecności organizmu patogennego - elicitorów.
Historia odkryć i terminów
biologicznej ochrony roślin (biopestycydów)
1835 Włoch Agostino Bassi de Lodi wykazał, \
e choroba jedwabników jest związana z namna\
aniem
grzyba (póz
niej nazwanego Beauveria bassiana) wewnątrz i na powierzchni ciała owada.
1901 B. thuringensis (Bt) odkryta przez bakteriologa Shigetane Ishiwaterii jako czynnik sprawczy
zwalczania choroby jedwabników
1920 Bt u\
yte jako komercyjny insektycyd
1930-31 wykazano aktywność fungistatyczvną Trichoderma
1962 Bt zarejestrowane jako komercyjny insektycyd w USA
2000 utworzone regionalne centrum IPM (Integrated Pest Menagement)
indukowanej odporności roślin:
1905 M. Ward (opisał reakcję nadwra\
liwości) sugerował,
\
e rośliny zawierają substancje chemiczne hamujące wzrost grzybów -
 infekcja i odporność rośliny na chorobę zale\
ą od zdolności grzyba do przezwycię\
enia odporności
komórek gospodarza zdolnych do tworzenia przeciwciał lub toksyn,
które zwalczają protoplazmę grzyba  ;
1930-te pierwsze wzmianki o indukcji odporności roślin
przeciw ró\
nym patogenom poprzez czynniki biotyczne i abiotyczne;
1933 Chester-  nabyta fizjologiczna immunia (ang. acquired physiological immunity);
1961 Ross -  systemowa nabyta odporność (ang. systemic aquired resistance);
1967 Hurbert i Helton   odporność przenoszona (ang. translocated resistance);
1991 Tuzun i Kuć   immunizacja roślinna (ang. plant immunization);
1995 Hammerschmit i Kuć-
indukowana systemiczna odporność ISR (ang. induced systemic resistance) i
systemiczna nabyta odporność SAR (ang. systemic aquired resistance )
Indukowana odporność roślin
wzmiankowana od ponad 80 lat a badane od około pół wieku
mediowana przez elicytory i substancje sygnałowe
jako główny element interakcji roślina-mikroorganizm
jest nieodłącznym elementem funkcjonowania biologicznych środków ochrony roślin
Czynnik BCA (biological control agent) wprowadzony nie tylko na odpowiednią odmianę rośliny
ale tak\
e odpowiednią jej część (korzeń, łodygę, kłos) działa jako endofit uwalniający elicytory
Zapewnienie skuteczności biologicznej ochrony
mogą przynieść nie tyle nowe preparaty BCA
ale odpowiednio dobrane i skuteczne
systemy odmiana (gatunek) rośliny  BCA,
w których zarówno odmiana rośliny jak i BCA
uzupełniają się i wzmacniają wzajemnie
w kierunku uzyskania
indukcji odporności roślin.
Hipoteza: bezobjawowa kolonizacja wynikiem
antagonistycznych reakcji pomiędzy
wirulentnym grzybem,
a obronną odpowiedzią rośliny [Schulz i Boyle, 2005].
Takie uzupełnianie się mo\
e zachodzić, jeśli BCA indukuje systemiczną odporność rośliny
a roślina pozwala na zasiedlanie jej tkanek
bez wywoływania efektu szkodliwego a przynajmniej bez efektu chorobowego.
Warunkiem skuteczności BCA jest więc osiągnięcie w układzie roślina  BCA stanu równowagi.
Trzy typy indukowanej odporności: van Hulten et.al. 2006, PNAS
(1). SAR (2). ISR (3). IR
(systemic acquired resistance) (induced systemic resistance) (BABA induced resistance)
1. SAR efektywna w stosunku do biotroficznych patogenów,
anga\
ująca kwas salicylowy (SA) jako substancję sygnałową i regulowana białkiem NPR1
(nonexpressor of PR GENES1 act as transcriptional co-activator of PR gene expression).
Unikatową jej cechą jest indukcja genów białek patogenezozale\
nych (PR);
2. ISR efektywna w stosunku do nekrotroficznych patogenów, anga\
ująca kwas jasmonowy
(JA) i etylen (Et) jako substancje sygnałowe i regulowaną białkiem NPR1;
3. IR efektywna w obronie przed patogenami biotryficznymi i nekrotroficznymi, jak równie\

przed niektórymi abiotycznymi czynnikami stresowymi, indukowana kwasem �-masłowym
(BABA) i anga\
ująca kwas abscysynowy (ABA) jako substancję sygnałową.
ISR w przeciwieństwie do SAR (efektywnej w szerokim zakresie gatunków roślin)
wykazuje wysoką specyficzność do pewnych gatunków czy genotypów.
 NOWA SUBSTANCJA SYGNAA
OWA- METANOL
Komarova i in. 2014 Frontiers in Plant Science
Model oddziaływania metanolu jako substancji sygnałowej
Czynniki (np. zranienie) prowadzące do nasilenia
ekspresji PME (metyloesterazy pektynianowej)
prowadzą do wydzielania gazowego metanolu
przekazywanego nawet pomiędzy roślinami i indukującego odporność na ró\
ne patogeny
i wywołującego efekt primingu
Indukowana odporność jest procesem, w którym występuje
wzajemne krzy\
owe oddziaływanie pierwotnych substancji sygnałowych
hormonów wzrostu (SA, JA, ABA, Et, auksyn i kwasu giberelinowego)
w odporności (Grant et. al., 2009 Science 324: 750-752).
DELLAs poprzez wpływ na
mechanizmy detoksyfikujące
ROS /reaktywne formy tlenu/
wpływają na sygnałowanie
kwasu salicylowego (SA).
Białka DELLA (represory odpowiedzi giberelinowej) stanowią
część nadrodziny roślinnych regulatorów transkrypcji
posiadających na N-końcu polipeptydu 27 aminokwasowy motyw  DELLA
Receptory hormonów Model szlaku sygnałowania
działające w oparciu giberelin (GA)
Achard i Genschik, J. Exp. Bot. 2009
o ligazy ubikwitynolowe
Mechanizm sygnalizacji wewnatrzkomórkowej, w której rolę receptorów pełnią ligazy
ubikwitynowo-proteosomalne (UPS, E1E2E3) kontrolujące poprzez rozfałdowanie,
przeniesienie i proteolizę białek regulatorowych przekazywanie sygnałów.
Inaktywacja
DELLA
1  szlak zale\
ny od proteolizy
Potrójny kompleks GA-GID1-DELLA wiązany poprzez
DELLA ubikwitynację
2  szlak nie-zale\
ny od proteolizy
DELLA inaktywowane w nieobecności F-box
Degradacja czy ewentualna inaktywacja białka DELLA
Kompleksy rozpoznawane
Prowadzi do mediowanej przez DELLA
przez SCF ligazę ubikwitynolową
represji odpowiedzi GA
Oddziaływanie pozytywne lub negatywne
Phytohormones implicated in
kwasu giberelinowego (GA)
plant immunity signaling network
z innymi hormonami
Pieterse et. al., 2009
(Weiss i Ori, Plant Physiology, 2007)
Aux-auksyna,
ABA-kwas abscysynowy,
CK-cytokinina
Model oddziaływania  hormonalnego
pomiędzy
rośliną i mikroorganizmami
Aktywność deaminazy ACC
Stwierdza się w hodowlach
promujących wzrost roślin,
bakterii i grzybów
np. F. culmorum
ACC-
kwas
1-aminocyklopropano-1-karboksylowy
Glick, 1998, 2005
Czynniki indukujące odporność - elicytory (ang. elicit-wyzwalać, wywoływać)
Definicja elicytora wg Keen i in. (1972)
Elicitors- various substances of diverse chemical structure
possessing the ability to induce various defence responses.
Elicytory
ELICYTOR
to związki uwalniane w trakcie interakcji z potencjalnym patogenem,
RECEPTOR
które po rozpoznaniu przez odpowiednie receptory wywołują
kaskadę zdarzeń prowadzącą
A
AC
CUCH
SYGNAA
OWY
do wytworzenia odporności roślin
Reakcje obronne roślin zachodzą m.in. dzięki internalizacji  endocytozie
w pęcherzykach kompleksów receptora z elicytorem
udowodnione ostatnio (Wojtaszek, 2009) zjawisko pozornie sprzeczne - zdolność
wpuklania się błony komórki roślinnej z wysokim ciśnieniem osmotycznym w komórce.
Mechanizm interakcji
między patogenem a
komórką roślinną
Substancje sygnałowe
defensyny
patogenezozale\
ne PR (ang. pathogenesis related)
komórkowe (lignina, kalloza)
Szlaki indukcji odporności
a typ elicytora
Bezpośrednim następstwem rozpoznania
patogena / elicytora przez
komórkę roślinną są gwałtowne reakcje
zachodzące głównie na peryferiach komórki
nie wymagające ekspresji genów.
Są nimi:
 depolaryzacja błon,
 przepływ jonów w poprzek błony
(wypływ K+ i Cl- oraz napływ H+ i Ca2+)
- wybuch tlenowy.
Hipoteza zwana  gen do genu zakłada,
\
e do rozpoznania patogena
i włączenia reakcji obronnych
dochodzi wyłącznie wtedy, gdy
roślina posiadająca odpowiedni gen odporności R
atakowana jest przez mikroorganizmy niosące
odpowiadający mu gen awirulencji avr
Patogen posiadający gen avr jest
chorobotwórczy
wobec roślin
nie posiadających odpowiedniego genu R
- brak reakcji obronnej.
Ze względu na typ wyzwalanej odporności wyró\
niamy:
� elicytory powszechne (�-glukany, chityna, polipeptydy, glikolipidy),
wytwarzane przez wiele patogenów. Odpowiadają za wyzwolenie wysoce
efektywnej i trwałej odporności rasowo-niespecyficznej,
� elicytory rasowo-specyficzne, indukują odporność rasowo  specyficzną,
opartą na hipotezie Flora (1971)  gen na gen . Zgodnie z tą teorią, ka\
demu
genowi warunkującemu odporność rośliny (R) odpowiada u patogena gen
warunkujący jego wirulencję (gen avr).
Jeśli roślina posiada odpowiedni gen odporności R komplementarny z genem
avr atakującego mikroorganizmu, dochodzi do rozpoznania
patogena i włączenia reakcji obronnych
(N�rnberger i Lipka, 2005, Thordal-Christensen, 2003)
Ze względu na pochodzenie wyró\
niamy elicytory :
� endogenne - uwalniane ze ścian komórkowych gospodarza roślinnego
mogą być uwalniane bezpośrednio przez enzymy pektynolityczne
infekującego patogena lub pośrednio przez poligalaktouronazy roślinne, indukowane
w uszkodzonych przez patogena tkankach.
Rolę endoelicytorów pełnią: monomery
kutyny, woski, oligomery galakturonowe, oligalaktosacharydy,
fragmenty ksyloglukanowe oraz
białka patogenezozale\
ne PR  w większości enzymy degradujące ścianę grzybową;
� egzogenne - pochodzące od mikroorganizmów
mogą być uwalniane w wyniku aktywności enzymów roślinnych, rozkładających ścianę
komórkową patogena (chityna, jej deacylowa pochodna oligochitozan, glukany oraz
glikoproteiny, kwas arachidynowy, arachidonopentanowy) oraz
wytwarzane w wyniku działania enzymów patogena/endofita np.
podczas autolizy komórek patogena lub apikalnego wzrostu strzępki
(endoksylanaza, siderofory, elicityna, flagellina, produkty genu avr, enzymy degradujące
roślinną ścianę komórkową oraz enzymy degradujące grzybową ścianę komórkową)
(Montesano i in., 2003, Walters, 2010).
Interakcje pomiędzy grzybowymi i roślinnymi ścianami
Elicytory:
Endogenne
oligogalakturonidy
Egzogenne
oligochityny,
oligoglukany
Roślinna
Grzybowa
Typowa ściana
dwuliściennych
zawiera % (w/w):
skład
cellulozą 30
% (w/w)
(�-1,3; 1,4-glukany),
hemicelulozę 30
�-1,3-glukan 30-65
(ksyloglukany),
�-1,6-glukan 1-5
pektyny 35
& białka 1 5;
chityna 2-40
Typowa ściana traw
zawiera % (w/w):
celulozę 25
(�-1,3; 1,4-glukany),
białka
hemicellulozę 55
CWPs 30-50
(ksyloglukany)
(cell wall proteins)
arabinoglukuronoksylany
& glukomannany)
pektyny 10
Roślinna ściana komórkowa jest silnie uwodniona i ma strukturę \
elo-podobną
Białka i polisacharydy o masie < 50kDa
dyfundują w ciągu 1h
cząsteczki o masie <17 kDa
dyfundują w ciągu kilku min
enzymy hydrolityczne
uwalniane przez patogena ( 30-40 kDa)
dyfundują przed nastąpieniem
Budowa pierwotnej ściany komórkowej rośliny
fizycznego kontaktu patogen- roślina
(modyfikacja własna z Cosgrove, 2005)
V klas elicytorów odporności roślin  kryterium budowa chemiczna [Montensano et al. 2003]
I=oligosacharydy
(uwalniane w wyniku rozkładu ścian komórkowych patogena bądz
rośliny ):
Glukany;
Chityny
Oligogalaktouroniany
skład chemiczny:
II=peptydy i białka
endoksylanaza (46kDa), elicityna (10kDa), flagellina (33 kDa),
produkty genu avr AVR9 3,2 kDa, kryptogeina i harpina, białko płaszcza TMV
Białkowym elicytorom pochodzącym z grzybów (np. oligandryna z Pythium oligandrum czy
kryptogeina z Phytophtora cryptogea) nadano nazwę elicytyn;
III=glikopeptydy i glikoproteidy (glikobiałka)
PmgE-glikopeptyd (42kDa), glikopeptydowy fragment inwertazy
IV=glikolipidy
syringolidy (acyloglukozydy), lipopoligosacharydy
V=związki lipofilne
kwasy tłuszczowe, ergosterol, toksyny bakteryjne, sfingolipidowe analogi mikotoksyn (np. fumonizyna)
W przypadku elicytorów glikoproteidowych
ich aktywność fizjologiczna determinowana jest częścią białkową;
część glukanowa decyduje o rozpoznaniu elicytora przez receptory rośliny,
a część peptydowa jest niezbędna dla transdukcji sygnału
Minimalny strukturalny element
potrzebny do wzbudzania odporności rośliny
Lipid A w LPS
Amino-końcowy fragment flagelliny
N-acylowany amino-końcowy fragment czynnika elongacyjnego (np. EF-Tu)
Amino-końcowy fragment białka szoku cieplnego
Powierzchniowo eksponowany epitop transglutaminazy
Powierzchniowo eksponowany epitop -pentapeptyd ksylanazy
N-mannozylowany peptyd inwertazy
Oligosacharydy (z 3 monomerów) chityny
Elicytory biotyczne i abiotyczne
I Elicytory biotyczne
1. pochodzenia mikrobiologicznego
elicytory nie- patogenów:
PGPR (ang. plant growth promoting rizobacteria)-pochodzące z ryzobakterii:
LPS, EPS, antybiotyki, siderofory w tym kwas salicylowy
PGPF (ang. plant growth promoting fungi) -pochodzące z grzybów 
głównie mikopaso\
ytniczych z rodzaju Trichoderma i Phytium
elicytory patogenów
 spory, zawiesina hodowli lub wyciągi z autoklawowanych hodowli;
 enzymy degradujące roślinną i grzybową ścianę komórkową;
 grzybowa ściana komórkowa lub jej fragmenty (oligosacharyny)
 ergosterol
2. pochodzenia roślinnego
fragmenty ściany komórkowej (oligosacharyny  ą-oligogalaktouronidy,
fragmenty ksyloglukanowe; monomery kutyny; powierzchniowe woski,
białka patogenezozale\
ne PR  w większości enzymy degradujące ścianę grzybową
substancje lipofilne  kwas arachidonowy
Elicytory biotyczne i abiotyczne
II. Elicytory abiotyczne
fizyczne - promieniowanie UV-C, podwy\
szona temperatura;
chemiczne:
pochodzenia naturalnego i syntetyczne
analogi głównie kwasu salicylowego (SA), kwasu jasmonowego (JA)
Organiczne
syntetyczny SA i jego analogi:
BTH  acibenzolar, benzotiodiazol
(S-metyloester benzo 1,2,3- tiazolowy kwasu tiokarboksylowego);
CGA 245704� firmy Ciba-Geigy,
Actigard�-Novartis i Bion� głównie na rynku niemieckim
INA  kwas 2,6-dichloroizonikotynowy
syntetyczny JA i jego analogi:
kwas �-amino-masłowy (BABA); kwas ł-amino-masłowy (GABA)
Chitozan deacetylowana pochodna chityny Biochikol 020PC� firmy Gumitex Poli-Farm
Glukany o wiązaniach �  1,3 i �  1,6 oraz ą
wytwarzane z dro\
d\
y będących produktem odpadowym z przemysłu spo\
ywczego
(głównie piwowarskiego) np. firmy Liber GmbH
Alginian,
Cyklodekstryny
Nieorganiczne
chlorek \
elazowy FeCl3
kwaśny fosforan dwupotasowy K2HPO4
sole Ag, Cd, Hg
Mechanizmy indukowanej odporności rośliny to:
wybuch tlenowy (ang. oxidative burst) to gwałtowne i krótkotrwałe uwolnienie
aktywnych form tlenu i azotu;
indukcja wytwarzania reaktywnych form tlenu  ROS (H2O2 , O2 , Ł OH), które są metabolitami
pośrednimi stopniowej redukcji tlenu cząsteczkowego. Podstawowym z
ródłem wolnych rodników są reakcje z
udziałem enzymów ścian komórkowych: dehydrogenazy jabłczanowej, peroksydazy i oksydaz aminowych.
ROS jako niezwykle reaktywne, inicjują w komórce szereg reakcji łańcuchowych, takich jak: peroksydacja
lipidów błonowych, inaktywacja białek lub degradacja kwasów nukleinowych
(Kozłowska i Konieczny, 2003)
indukcja wytwarzania reaktywnych form azotu  RNS, powstają w wyniku kaskady zdarzeń
zapoczątkowanej przez reakcję NO i O2, tworzą się wtedy NO2�, ROO�, RO� oraz ONOO 
(Festjens i in., 2006);
reakcja nadwra\
liwości (HR, ang. hypersensitive response), wywołująca bardzo szybkie zamieranie
zaka\
onej komórki (i komórek sąsiednich) w wyniku programowanej śmierci komórki;
wzmocnienie ściany komórkowej  lignifikacja;
wytwarzanie izolującej warstwy korka, gum, \
ywic lub tylozy wokół zaka\
onych miejsc;
tworzenie brodawek (papilli) wokół strzępek wrastających do komórek, papille mają rozmiary od 0,5  2 do
3  10 mikrometrów i zbudowane są z substancji ligninowych, śluzów i szybko twardniejącej kalozy;
produkcja fitoaleksyn (FA), związków o budowie chalkonowej, charakterystycznej dla flawonoidów lub
związków terpenoidowych. Fitoaleksyny gromadzone w miejscu penetracji patogena, działają wszechstronnie
na intruza; wpływają hamująco na kiełkowanie zarodników, na wzrost strzępek kiełkowych oraz na
wytwarzanie i aktywność egzoenzymów. Do najlepiej zbadanych FA nale\
ą: fazeolina (fasola), pizatyna
(groch), gliceolina (soja), medikarpina (lucerna, koniczyna), kapsidiol (pieprz), resweratrol (orzech ziemny) i
benzoksazinoidy (\
yto i pszenica) (Hashimoto i in., 1995, Kozłowska i Konieczny, 2003);
aktywacja genów PR (ang. pathogenesis-resistance genes)
Interakcja niezgodna (avr-R)
- reakcja HR (nadwra\
liwości)
Fot. A. Mikiciński
Lokalizacja  pułapkowanie
i zamieranie
patogena w zamarłej tkance
Szlaki tworzenia kwasu salicylowego (SA) i fitoaleksyn
Prekursorem w syntezie SA - fenyloalanina.
W pierwszym etapie aminokwas ten zostaje w
procesie deaminacji nieoksydacyjnej za pomocą
enzymu PAL (amoniakoliazy-L-fenyloalaniny)
przekształcony w kwas trans-cynamonowy
o antyauksynowych właściwościach.
Kwas ten w zale\
ności od warunków środowiska
i pod wpływem specyficznej izomerazy mo\
e ulec
przekształceniom do kwasu cis-cynamowego,
który posiada właściwości auksynopododobne.
Kwas trans-cynamonowy w procesie oksydacji
przechodzi w kwas benzoesowy, który następnie
ulega hydroksylacji do kwasu salicylowego.
Kolejny szlak prowadzi do przemian
kwasu trans-cynamonowego w
kwas trans-kumarowy, który ulega
przekształceniu w kwas cis - kumarowy, a ten
wytwarza podstawowy szkielet kumarynowy.
Szlak Szlak
1. 4-hydroksylaza cynamonianu
oksydatywny nie-oksydatywny:
2. ligaza 4-kumarylo-CoA
fenyloalanina- fenyloalanina-
3. synteza chalkonowa (CHS)
kwas trans- kwas trans-
4. prenylotransferaza
cynamonowy cynamonowy
PAL-amoniakoliaza fenyloalaninowa -
kwas kwas
benzoesowy orto-kumarowy
marker reakcji odporności
Kaskada sygnałów w odpowiedzi obronnej roślin
Interakcje pomiędzy kaskadami sygnałowymi
(1) kwasu salicynowego (SA) i (2) kwasu jasmonowego (JA)
SA mo\
e być wytwarzany z fenyloalaniny w szlaku fenylopropanoidowym
z kwasu cynamonowego lub/i benzoesowego
SA tworzy: formę zapasową SA-glukozyd i formę mobilną-lotną metylo-salicynian
Czas potrzebny do wytworzenia kolejnych etapów
lokalnej lub systemicznej odporności
wirus TMV u tytoniu
(Wobbe i Klessig, 1999)
Xanthomonas campestris
pv malvacearum u bawełny
24
godz.
Beckman i Roberts, 1995) (Martinez i in. 2000, Plant Physiology)
Przyjmując za białko te polimery aminokwasowe, których masa >5kDa a długość >50
aminokwasów wyró\
nia się 17 rodzin białek antygrzybowych.
Izoformy bialek PR
Zasadowe izoformy PR zlokalizowane w przestrzeni
zewnątrzkomórkowej wytwarzane głównie w szlaku
SA  independent SAR (JA  dependent)
charakteryzują się silniejszą aktywnością antygrzybową in vitro ni\

izoformy kwaśne
Kwaśne izoformy PR  zlokalizowane w wakuolach
wytwarzane głównie w szlaku SA  dependent
SAR charakteryzują się słabszą
aktywnością antygrzybową in vitro
ni\
izoformy zasadowe
Z białkami PR o aktywności glukanaz i chitynaz
współdziałają synergistycznie PR10 czyli białka RiPs
Mechanizm działania roślinnych białek RIPs (ang. Ribosome Inactivating Proteins) -
zaliczanych do PR10- przeciwko patogenom grzybowym [Sang-Wook Park i in., 2004].
zlokalizowane w ścianie komórkowej;
posiadające podwójne właściwości:
klasyczną N- glikozydazy czyli zdolność depurynacji
rybosomów  in vitro w pętli du\
ej podjednostki rRNA i
dodatkowe: DNazy, RNazy, SOD (dysmutazy) i
fosfolipazy
RIPs mogą regulować ekspresję białka przez atak na
ró\
ne substraty
w mRNA, tRNA i kwasach nukleinowych-polyA
bezpośrednio atakują patogena w
cytoplazmie lub w regionach zewnątrzkomórkowych;
w wyniku regulacji zwrotnej zdolne są do destabilizacji ich
własnego mRNA przez bezpośrednią depurynację mRNA
w procesie hamowania zwrotnego (z ang. Feed-back Inhibition);
Jednym ze znanych białek
nale\
ących do RIPs jest
izolowana z grochu Pisum sativum
działająca przeciwko
Fusarium oxysporum
sativina -białko o masie
cząsteczkowej 38 kDa
posiadające
aktywność rybonukleazową i
o aktywności antygrzybowej zbli\
onej do TLPs - białek taumatyno podobnych
(ang. Taumatine-Like Proteins),
aktywność inhibitora translacji
blisko spokrewnionych ze słodkim białkiem taumatyny.
własnego mRNA
Ró\
nice w ochronie i plonie upraw pomiędzy pestycydami a
elicytorem SAR
zastosowanymi w doświadczeniach polowych (Vallad i Goodman. 2004)
Ró\
nice w ochronie i plonie upraw pomiędzy pestycydami a
elicytorami ISR
zastosowanymi w doświadczeniach polowych (Vallad i Goodman. 2004)
Skuteczność indukcji odporności w ochronie roślin uwarunkowana jest nie tyle
etapem bezpośredniej indukcji przez elicytory
ale głównie zjawiskiem  primingu (Walters, 2010)
.
Zjawisko to polega na szybszej i silniejszej aktywacji odpowiedzi obronnej na
infekcję patogenem u roślin, w których wcześniej elicytory zaindukowały
ekspresję szlaków SAR, ISR czy IR.
Proces indukcji odporności mo\
e zachodzić w dwóch stadiach:
(1) stadium przygotowania do obrony,
(2) stadium aktywnej obrony wywoływanej przez patogena.
Zaznaczają się ró\
nice w indukcji odporności roślin jedno- i dwuliściennych:
pojedyncza aplikacja elicytora (np. BTH) mo\
e chronić
roślinę jednoliścienną przez cały okres wegetacji
roślina dwuliścienna wymaga kilkakrotnej aplikacji elicytora.
(chocia\
prawdopodobnie roślina jednoliścienna ponosi wy\
sze koszty fizjologiczne)
O skuteczności elicytora mo\
e decydować nie tylko miejsce ale tak\
e
termin aplikacji elicytora (np. końcowa a nie środkowa faza krzewienia
przy aplikacji BTH).
Największy sukces komercyjny mają szansę osiągnąć preparaty składające się nie
z pojedynczych elicytorów ale z ich mieszaniny ( elicitors coctail )
indukującej jednocześnie szlaki SAR, ISR i IR.
Czy elicytory odporności
mogą znalez
ć szerokie zastosowanie jako środki ochrony roślin?
Dają mo\
liwość uzyskania ochrony roślin skutecznej
w zmiennych warunkach środowiska?
Są rzeczywiście w pełni bezpieczne dla środowiska?
Biotyczne elicytory naturalnie występujące w środowisku i bardzo łatwo degradowane mikrobiologicznie
w glebie chocia\
nie do końca chemicznie zdefiniowane (podobnie jak produkty ich rozkładu)
wydają się w pełni bezpieczne.
Syntetyczne elicytory (będące analogami naturalnie występujących w roślinach związków) dostępne
na rynku pozytywnie przeszły testy toksyczności.
Zapewniają uzyskanie zdrowej \
ywności  wolnej od patogenów
i o wysokiej jakości u\
ytkowej, smakowej?
Pewne wątpliwości mo\
e budzić kilka- lub nawet kilkadziesiąt krotne zwiększenie w roślinach
o zaindukowanej odporności stę\
enia ró\
norodnych białek patogenezozale\
nych (PR)-
oraz wpływ tego zjawiska na właściwości u\
ytkowe, smakowe, zapachowe tak chronionej \
ywności.
Czy indukcja odporności roślin
mo\
e być strategią ochrony upraw polowych
i na ile ekonomicznie uzasadnione będzie jej zastosowanie na du\
ych obszarach?
Czy  koszty wydatkowane przez roślinę na obronę zaindukowaną elicytorem
nie odbiją się zbyt silnie na wielkości plonu?
Dzisiejszy stan wiedzy pozwala stwierdzić, \
e
elicytory odporności roślin pozwolą zredukować zu\
ycie
chemicznych środków ochrony roślin,
a więc indukcja odporności roślin mo\
e być uznana za pełnoprawną strategię
zintegrowanego systemu ochrony roślin (IPM)