Lista światowa spisane ok. 8000 chorób grzybowych. 200 jednostek chorobowych wywołane przez bakterie, ponad 700 choroby wirusowe, ok. 80 fitoplazmatycznych chorób (mykoplazmy). Metoda tradycyjna *zbyt późne podjęcie środki zaradcze (5 stadiów choroby) *nie zawsze udaje się określić jednostkę choroby (niespecyficzne objawy) *prawidłowe określenie kiedy patogen grzybowy osiąga fazę zarodnikową (5-8 dni). Metoda serologiczna *stosowana do diagnostyki chorób roślin *zasada tej metody opiera się na wykorzystaniu antygenowych właściwości wirusów *przeciwciała (cząsteczki immunologiczne) białka z grupy gammaglobulin tworzące się w osoczu krwi drobnocząsteczkową zawiesiną *przeciwciało składa się z 4 łańcuchów polipeptydowych: 2 lekkich I i 2 ciężkich II, połączonych ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi *w zależności od różnic w budowie łańcuchów ciężkich wyróżniamy 5 rodzajów: Iga (łańcuch alfa), IgD (łańcuch delta), IgE (łańcuch epsilon), IgM (łańcuch mi), IgG (łańcuch gamma). Podklasy IgG: 1. grzybom immunoglobulina 2.wirusom immunoglobulina 3.patotoksynom immunoglobulina 4.bakteryjnom immunoglobulina *najważniejszą funkcją przeciwciał jest ich zdolność do specyficznego wiązania antygenu *technika serologiczna polega na użyciu specyficznej surowicy z określonym wirusem *reakcja aglutynacji -połączenie surowicy z nieczyszczonym sokiem zawirusowanej rośliny (wytrącanie dużych agregatów złożonych z białka wirusowego i zlepionych organelli komórkowych głównie chloroplastów) *metoda ta znajduje szerokie zastosowanie w wirusologii, prosta pozwalająca na testowaniu dużej liczby roślin w krótkim czasie *wirusy roślinne różnią się aktywnością antygenową i nie zawsze jest możliwe uzyskanie surowicy o wysokim mianie *za pomocą testu nie można wykryć wiroidów. Test immunoenzymatyczny (Elisa): *zasadą testu jest zastosowanie przeciwciał sprzężonych z enzymem alkaliczna fosfatazą tzw. koniugat i wiązanie się tego kompleksu z antygenem, którym jest badany wirus. (IgG+ fosf. alk.=koniugat) *technika testu Elisa wymaga wykonania w odpowiedniej kolejności następujących czynności: 1. nanoszenie przeciwciał w formie wyizolowanej w surowicy IgG do zagłębień w płytce polistyrenowej na której powierzchni są adsorbowane IgG 2. nanoszenie do zagłębień w płytce z zaadsorbowaną IgG soku badanej rośliny, który może zawierać wirus, wówczas jako antygen wiąże się na IgG 3. nanoszenie do zagłębień w płytce IgG związane wcześniej z enzymem- fosfataza alkaliczna (tzw. koniugat) kompleks koniugatu wiążę się z cząstkami wirusa, jeżeli znajdą się one w badanej próbie soku roślinnego 4. nanoszenie do zagłębień w płytce wywoławcza, który reaguje z enzymem wywołuje barwną reakcję o odcieniu żółtym 5. odczyt reakcji. *wzorzec negatywny w teście Elisa stanowi sok z roślin zdrowych; *test Elisa wykrywa przeciwciała *zalety testu Elisa: wysoka czułość; wcześniejsze uzyskanie wyników diagnostyki; możliwość badania różnych części roślin *wady testu Elisa: problem z produkcją surowicy w przypadku np. patogenów grzybowych; wysokie koszty płytek i odczynników; okienko serologiczne/ okna antygenowe- okres między wniknięciem antygenu a wytworzeniem przeciwciał. Metoda immunofluorescencji- oparta na stosowaniu przeciwciał znakowanych związkami fluoryzującymi w świetle UV. Takim znacznikiem fluoryzującym jest fluoresceina stosowana do diagnostyki chorób bakteryjnych roślin. PCR- łańcuchowa reakcja polimeryzacji. We wczesnej diagnostyce chorób roślin coraz większe znaczenie mają metody polegające na hybrydyzacji kwasów nukleinowych. Hybrydyzacja to proces łączenia komplementarnych jednoniciowych cząstek kwasów nukleinowych w cząsteczki dwuniciowe co odbywa się dzięki formowaniu wiązań wodorowych między komplementarnymi nukleotydami a konkretnie pomiędzy wiązaniami azotowymi. Reakcja łańcuchowej polimerazy (PCR): PCR pozwala na specyficzne powielenie sekwencji określonych odcinków DNA, których źródłem są kwasy nukleinowe. Aby doszło do powielenia fragmentu DNA w mieszaninie reakcyjnej muszą się znajdować: *matryca DNA (podwójna nić DNA) podlegającą amplifikacji *enzym katalizujący reakcję polimeryzacji *dwie specyficzne jednoniciowe sekwencje startowe czyli startery (ang. primer) zawierające zasady azotowe G lub C w 50-70% *wolne nukleotydy (AMP, GMP, CMP, TMP) służące do syntezy nowych nici DNA *bufor reakcyjny z pewną zawartością soli magnezu *marker (wzorzec masowy) AMP- adeninowy; GMP- guaninowy; CMP- cytozynowy; TMP- tyminowy . W ten sposób utworzona mieszanina reakcyjna jest poddawana cyklicznym zmianom temp. w urządzeniu sterowanym procesorem zwanym termocyklerem, jest elektronicznie sterowanym termostatem, który wg zadanego programu zmienia temp w precyzyjnie określonych zakresach i odstępach czasu. Zbudowany jest z trzech głównych części: *układu grzewczego *układu chłodzącego *procesora komputerowego. Po włączeniu termocyklera należy zadać procesorowi odpowiedni wybrany program przebiegu amplifikacji PCR. Sposób kodowania musi zawierać temp i czas jej utrzymania dla każdego etapu oraz liczbę cykli w których te trzy etapy będą się powtarzać. Etapy PCR: *denaturacja DNA, czyli rozdzielenie dwóch nici w wyniku inkubacji matrycy w temp 90-940C *wiązanie starterów z pojedynczymi łańcuchami DNA w miejscach komplementarnych. Odbywa się to w temp od 35 do 720C w zależności od długości starterów *enzymatyczne dobudowywanie nukleotydów, tak że tworzą one nić komplementarną, ma to miejsce w temp 720C. w obecności kationów Mg, wolnych nukleotydów i enzymów polimerazy. Starter- długość 20 nukleotydów, nie mniej niż 13, nie więcej niż 30 nukleotydów. Izolacja DNA z materiału biologicznego. DNA u roślin jest zlokalizowane w jądrze komórkowym oraz w znacznie mniejszej ilości w mitochondriom i w chloroplastach. Ściana komórkowa grzybów zbudowana jest z wielocukrów *aminowych (chityna i chitozan) *nieaminowych (celuloza, glukan i mannan). Szczegółowa budowa ściany komórkowej grzybów: *warstwa zewnętrzna 80-90nm- bezpostaciowy glukan *siatka glikoproteinowa *warstwa białkowa *wewnętrzna- zbudowana z włókien chitozanu i chityny połączonych z białkami.
Cykl PCR
Pojęcie stresu (stresor, czynnik stresowy) określa się te czynniki środowiska, których działanie może doprowadzić do odwracalnych lub nieodwracalnych zaburzeń w funkcjonowaniu rośliny. Zaburzenia te mogą polegać na zaburzeniu wzrostu i rozwoju rośliny oraz procesów metabolicznych przebiegających w komórce, a także na zmianie właściwości fizykochemicznych struktur komórkowych. Czynniki stresotwórcze dzielą się na *biotyczne *abiotyczne. Stres biotyczny wywołany jest przez: *organizmy ożywione (chorobotwórcze grzyby, bakterie, fitoplazmy, piroplazmy, wirusy i wiroidy) *konkurencje wewnątrz i międzygatunkową *allelopatie. Stresy abiotyczne obejmują działanie stresu: *temperaturowego (niska lub wysoka temp.) *wodnego (deficyt- susza, nadmiar wody) *chemicznego (sole, jony, pestycydy) *niedobór lub nadmiar składników mineralnych *związanego z promieniowaniem *inne (wiatry, oddziaływanie magnetyczne, elektryczne) *czynniki stresowe gazowe (SO2, NO2, O3). Adaptacja- mechanizmy zwiększające odporność roślin na niekorzystne czynniki środowiska przekazywane dziedzicznie potomstwu. Aklimatyzacja- mechanizmy obniżające wrażliwość na niekorzystne warunki środowiska w ramach trwania ontogenezy, czyli nie dziedziczone. Rola hormonów roślinnych w reakcji roślin na stres oraz białek. ABA (kwas abscysynowy)- zwiększenie tego hormonu powoduje wzrost tolerancji na stresy. W przypadku deficytu tego hormonu rośliny mają małą zdolność aklimatyzacji na ujemne temp. i susze, rośliny nie zamykają szparek w czasie stresu wodnego. ABA hamuje wzrost. Zwiększona zawartość ABA powoduje obniżenie poziomu innych hormonów: giberelin, auksyn, a głównie- cytokinin. ABA przenosi sygnały międzykomórkowe o pojawiającym się zagrożeniu np. o deficycie wodnym, ekstremalnej temp., zranieniu lub nadmiarze jonów w roztworze glebowym. Przez niektórych ABA zwany jest „czujnikiem stresu”. W warunkach stresu ABA indukuje syntezę nowych białek enzymatycznych i polipeptydów. Etylen- produkowany jest w warunkach stresu chłodu, wodnego, mechanicznego (zranienia) oraz infekcyjnego. Nagromadzony w tkankach przyśpiesza starzenie się organów, w skrajnych przypadkach powoduje opadanie liści, kwiatów, owoców. Prekursor syntezy związków fenolowych które odgrywają rolę w obronie przeciw chorobom. Rola błon komórkowych w warunkach stresu. W komórkach sygnałowych błon komórkowych zlokalizowane są białka receptorowe reagujące na sygnał środowiska. Mediatorem przekazującym sygnały z błon do wnętrza komórki jest wapń, którego stężenie w cytoplazmie zmienia się nawet 1000-krotnie w ciągu kilku minut w warunkach stresowych. Jony wapnia uczestniczą także w regulacji turgoru komórek. Białka stresowe HSPS- białka szoku cieplnego w wyniku przegrzania organizmu następuje synteza specyficznych białek niskocząsteczkowych, synteza ich jest uruchamiana w ciągu paru minut po wystąpieniu stresu. Białka PR powstają w wyniku: *traktowania rośliny metalami ciężkimi *promieniowaniem UV *braku tlenu *zasolenia w podłożu *deficytu wodnego *infekcji wirusowych, bakteryjnych i grzybowych *w przypadku skażenia ozonem troposferycznym. Abiotyczne czynniki stresowe. Wybrane gazowe czynniki stresowe (SO2, NOx, O3): Siarka powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych (węgla, ropy, gazu ziemnego). Reakcje komórki roślinnej na nadmiar siarki: Objawy makroskopowe: więdnięcie liści. Objawy mikroskopowe: *pogorszenie barwienia się chloroplastów *deformacja kształtu chloroplastów *zwężenie światła tylakoidów *zmniejszenie gęstości stromy *częściowa fuzja chloroplastów *zmiana przepuszczalności i integralności błon w komórce *zmniejszenie zawartości polisacharydów z jednoczesną akumulacją sacharydów rozpuszczalnych. Hamowanie przepływu cukrów rozpuszczalnych z liści do korzeni *zaburzenia gospodarki mineralnej i oddychania *rozkład cytoplazmy. Mechanizmy odporności roślin na SO2: *mniejsze pobieranie SO2 wskutek ograniczenia otwarcia stopnia szparek *ograniczenie kumulacji siarki w roślinie w wyniku biosyntezy H2S i jego emisja do atmosfery (7-15%) *zmiana bardziej toksycznego HSO3 (wodorosiarczanu) na ok. 30-krotnie mniej toksyczny SO42- i przekształcenie powstałych w wyniku tej reakcji wolnych rodników (anionorodnik wodorotlenkowy, nadtlenek wodoru, rodnik hydroksylowy) z udziałem dysmutazy ponadtlenkowej i peroksydazy askorbinowej w wodzie. W wyniku dysmutacji enzymu SOD rozkłada anionorodnik ponadtlenkowy (najbardziej toksyczny)do nadtlenku wodoru. Pełni on bardzo ważną funkcje fizjologiczną rośliny (substancja sygnałowa która przenosi informacje do jądra komórkowego, udział w reakcji obronnej). Jeżeli nadtlenek H spełni swoje funkcje wówczas włączają się dwa enzymy: peroksydazy askorbinowa i katalaza rozkładające nadtlenek wodoru do wody *transport nadmiaru SO42 do wakuoli litycznej *wzrost syntezy glutationu i kumulowanie go w komórkach korzenia w wyniku czego zmniejsza się pobieranie SO42- i jego transport ksylemem do pędu. Reakcja roślin na tlenki azotu: Źródło NOx w atmosferze *spaliny samochodowe *utlenianie NH3 *wyładowania atmosferyczne *procesy glebowe. Objawy uszkodzeń *chloroza liści, zielone pozostają tylko żyłki *zakwaszenie komórek liścia wskutek powstającego HNO2 i HNO3 *osłabienie wydajności fotosyntetycznej. Detoksykacja NOx z udziałem reduktazy azotanowej NOx→ NO3→ NO2-→NH4+→aminokwasy→białka. Reakcje komórek roślinnych na ozon O3.: *”dobry” (stratosferyczny 12-50km) *”zły” (troposferyczny do 12km). Wnika do rośliny przez otwarte szparki. Nie dostaje się do cytoplazmy. Dysocjacja ozonu w apoplaście do tlenu i reaktywnych form tlenu (RTF). Do reaktywnych form tlenu (RTF) należą *anionorodnik tlenowy *nadtlenek wodoru *rodnik hydroksylowy. Objawy uszkodzeń u roślin: *chloroza *uszkodzenie błon komórkowych, zmniejszenie płynności, selektywnej przepuszczalności, pogorszenie właściwości mechanicznych błon komórkowych *obniżenie procesów fotosyntezy (reakcji jasnej i ciemnej) *zmiana przewodności aparatów szparkowych. Synteza etylenu w wyniku indukcji ozonu stresowego: ozon+ etylen→ formaldehyd (uszkodzona komórka roślinna). W zanieczyszczonej atmosferze dochodzi do reakcji lotnych węglowodorów z NO i powstaje NO2 bez udziału O3 którego stężenie w efekcie wzrasta w troposferze. Mechanizmy obronne i naprawcze: pod wpływem ozonowania następuje ekspresja genów prowadząca do powstawania białek typu PR, glukanazy i chitynazy. Ozon rozluźnia ściany komórkowe i następuje wydostanie się z zamierającej komórki elektrolitów, produktów degradacji. Mechanizmy odpornościowe roślin polegają na detoksyfikacji reagentów (produktów reakcji chem.) wskutek syntezy przeciwutleniaczy (antyoksydantów) nieenzymatycznych takich jak: kwas askorbinowy (wit.C) czy alfa-totrofenol (wit.E) usuwające rodnikowe formy tlenu oraz enzymów antyoksydacyjnych uczestniczących w usuwaniu reaktywnych form tlenu.W odpowiedzi na ozonowanie następuje w roślinie *wzrost stężenia mRNA i aktywności transferazy glutationowej enzymu odpowiadającego za detoksyfikacje produktów utleniania lipidów *podwyższenie ekspresji genu kodującego białka związane z syntezą ligniny. Lignifikacja zmniejsza podatność komórek na stres. Metale śladowe. Metale ciężkie (ciężar właściwy 1cm3>5): Pb, Rg, Cd, Zn, Cu, Mn, Ni, Co, Cr Metale śladowe= metale ciężkie+ glin (ciężar właściwy 2,7). Mechanizmy oddziaływania metali śladowych na komórki roślinne *generowanie nadmiaru reaktywnych postaci tlenu i wolnych rodników (FR- cząsteczka mająca przynajmniej jeden wolny elektron) co prowadzi do stresu oksydacyjnego, który powoduje uszkodzenie komórek, a nawet śmierć) *przyłączanie się metali śladowych do grup funkcyjnych takich grupy sulfhydrynowe (SH), karboksylowe (COOH) istotnych dla stabilności struktury przestrzennej białek oraz aktywności enzymatycznej *zastępowanie właściwych metali pełniących funkcję kofektorów (katalizatorów) w cząst. białek enzymatycznych przez inne metale śladowe co uniemożliwia przeprowadzenie katalizowania. Reakcje obronne komórek na obecność metali śladowych *ograniczenie wzrostu *wiązanie metali w komórkach strzępek grzybów mikoryzowych *unieruchamianie metali śladowych przez chelatory (aniony kwasów organicznych) wydzielane do ryzosfery *wiązanie metali w ścianie komórkowej głównie przez związki pektynowe i substancje fenolowe *zmniejszenie aktywności transporterów błonowych (białek) pobierających metale. Metale które przenikają przez błony komórkowe *wiązanie przez chaperony (białka transportujące jony do miejsc w komórce) do odpowiednich komórkowych w protoplaście *chelatowanie lub detoksyfikacja nadmiaru metali toksycznych. Jony metali śladowych po wniknięciu do cytoplazmy komórki są wiązane przez chelatory (glutation, kwasy organiczne, aminokwasy, peptydy). Utworzone kompleksy powstają w cytoplazmie lub transportowane są do wakuoli lub ściany komórkowej. W przypadku małych uszkodzeń funkcje naprawcze pełnią białka ozonu cieplnego HSP. Choroba- długotrwałe zakłócenia funkcji fizjologicznych, które uniemożliwiają normalny rozwój i ujawniają się zmianami w wyglądzie roślin. Zmiany te noszą nazwę objawów chorobowych i są wywoływane stresami biotycznymi i abiotycznymi. Czynniki: *natury organicznej (infekcyjnej) wywoływane przez czynniki biotyczne (grzyby, bakterie, fitoplazmy, wirusy, wiroidy oraz szkodniki) *natury nieorganicznej (nieinfekcyjnej) powodowane przez czynniki abiotyczne. Wywołują one choroby fizjologiczne. Do abiotycznych czynników chorobotwórczych należą: -czynniki atmosferyczne, działanie zbyt wysokich i niskich temp., niedostatek lub nadmiar wody i światła, opady i wyładowania atmosferyczne -czynniki glebowe, niedobór lub nadmiar składników pokarmowych, nieodpowiedni odczyn gleby, niedostatek lub nadmiar ilości wody, zasolenie i tzw. zmęczenie gleby -trujące czynniki chemiczne pestycydy, pyły i ścieki przemysłowo-komunalne dostające się do atmosfery, gleb i wód. Stadia choroby: *zakażenie (infekcja) okres od zetknięcia się patogenu z rośliną gospodarzem do nawiązania z nim ścisłego kontaktu *wylęganie (inkubacja) okres między zakończeniem infekcji a wystąpieniem pierwszych objawów chorobowych *właściwa choroba (patogeneza właściwa) okres między pojawieniem się pierwszych objawów choroby obejmujących cały organizm roślinny lub okres do jej obumierania lub wyzdrowienia *wyzdrowienie (rekonwalescencja) zdolność rośliny gospodarza do ponownego pełnienia normalnych funkcji fizjologicznych *wyrównanie (rehabilitacja) okres od regeneracji organizmu (np. odtwarzanie utraconych w trakcje choroby organów). Symptomatologia- nauka o chorobach. Etiologia-nauka o przyczynach choroby. Objawy chorób roślin: *więdnięcie odwracalne (fizjologiczne)- przejściowe naruszenie bilansu wodnego rośliny wywołane przez suszę, wysokie temp., suche wiatry, gazy i pyły przemysłowe powodujące uszkodzenie aparatów szparkowych i selektywną przepuszczalność błon komórkowych *więdniecie nieodwracalne (patogeniczne) spowodowane przez patogeny porażające, zatykające i uszkadzające naczynia oraz cewki (tracheomykozy, tracheobakteriozy) lub przez patogeny produkujące toksyny paraliżujące półprzepuszczalność membran komórkowych (np. grzyby z rodzaju Fusarium) *plamistość czyli przebarwienia zmiany w zabarwieniu roślin lub ich organów różne jednak od zabarwienia zdrowej rośliny. Często występują plamy chlorotyczne (chloroza, żółtaczka, mozaikowatość, albinizm). Spowodowane wynikiem rozkładu chlorofilu wskutek braku Mg, Fe, Mn, Mo lub zniszczenia chlorofilu przez wirusy, fitoplazmy *nekrozy (obumarcia)- części zmarłych tkanek i organów roślinnych wskutek działalności patogenów, szkodników, wadliwego odżywiania lub szkodliwych oddziaływań środowiska. Obumarłe tkanki ulegają w końcu gniciu tworząc zgnilizny *skarłowacenia (niedorozwój) wywołane przez czynniki środowiskowe (niedobory pokarmu, wody, niskie temp.) lub choroby infekcyjne i szkodniki *wybujałość (hipertrofia) przerost organu wskutek powiększania się komórek (np. godasy debu, topoli) *hiperplazja- przerost organu na skutek nadmiernie szybkiego podziału komórek np. kiła kapusty, guzakowate naroślą u form drzewiastych *nowotwory- przekształcenie tkanek lub organów roślinnych wskutek reakcji roślin na bodźce pasożytów roślinnych lub zwierzęcych (np. rak ziemniaka, guzy głowni kukurydzy, galasówki dębu i topoli) *wydzieliny- substancje wydzielane przez rośliny na zewnątrz wskutek ich zranienia lub toczącego się procesu chorobowego np. rosa miodowa na życie porażonym przez sporysz, wycieki żywiczne na skutek porażenia przez rdzę wejmutkowo-porzeczkową *rany- nagłe przerwanie ciągłości tkanek powodują je czynniki biotyczne (człowiek, zwierzęta) oraz abiotyczne (mrozy, wiatry, burze, opady, gazy i pyły przemysłowe). Człowiek często świadomie rani rośliny w celu uzyskania większych i lepszych plonów (np. szczepienie roślin owocowych, rozsady, wycinanie pędów bocznych u pomidora i tytoniu). Patogeneza chorób roślin wirusowych (wirozy). Wirus (łac. virus- jad, trucizna)- czynniki chorobotwórcze submikroskopowej wielkości (12-200nm). Są infekcyjnym czynnikiem chorobotwórczym. Mają jeden rodzaj kwasu nukleinowego RNA lub DNA. Nie są zdolne do samodzielnego namnażania i przekazywania następnym pokoleniom informacji genetycznej zawartej w jednym z kwasów nukleinowych oraz do jej odczytania w procesie syntezy białek (translacji). Wirusy nie są uważane za organizm gdyż nie mają własnej przemiany materii. Białka wchodzące w skład wirusów nie pełnią funkcji metabolicznych. Funkcjonują i namnażają się tylko w żywej komórce gospodarza (całkowite pasożyty). Wykorzystują do syntezy właściwych składników jej metabolity i systemy enzymatyczne, są pasożytami. Całkowita cząstka wirusa (wirion) składa się z kwasu nukleinowego (genom) oraz otaczającego go płaszcza białkowego (kapsyd). Genom+ kapsyd= nukleokapsyd. Nukleokapsyd może być nagi lub pokryty osłonką- białkowa lipoproteinową, w niej zwykle znajdują się enzymy polimeraza RNA niezbędna do rozpoczęcia procesu replikacji (namnażania wirusa). RNA lub DNA może występować w postaci pojedynczej lub podwójnej nici. Genom większości wirusów roślinnych stanowi jednoniciowy RNA. U nielicznych wirusów roślinnych genomem może być podwójna nić DNA lub pojedyncza nić RNA. Płaszcz białkowy składa się z podjednostek zwanych kapsomerami. Nieliczne wirusy roślinne poza białkiem i kwasem nukleinowym zawierają lipidy i węglowodany. Genom wirusa koduje białka kapsydu i białka niestrukturalne (np. polimerazy) oraz białka pomocnicze przy przenoszeniu wirusów przez wektory. Białka kapsydu odgrywają zasadniczą rolę w przetrwaniu wirionów poza komórką. Cząstki wirusów roślinnych mogą być wielościenne, kuliste, wrzecionowate. Wirusy rośliny do wnętrza organizmu mogą się dostać wyłącznie przez zranienia np. uszkodzenia mechaniczne lub spowodowane przez owady. Do komórki roślinnej wnika jako cały wirion aczkolwiek do zakażenia wystarcza sam kwas nukleinowy. Białko kapsydu w komórce i poza komórką odgrywa rolę ochronną w wyniku dużej odporności białek kapsydu na czynniki środowiska wirusy mogą przetrwać poza komórką gospodarza przez długi czas. Po wniknięciu do komórek roślinnych następuje replikacja kwasu nukleinowego oraz synteza białka kapsydu w oparciu o syntezy enzymatyczne bioenergetyczne. Cykl namnażania RNA. U wirusów zawierających RNA proces ten składa się z kilku faz: *oddzielenie RNA wirusa od płaszcza białkowego *połączenie RNA wirusa z rybosomami komórki roślinnej i wytworzenie enzymów- replikaz RNA *tworzenie komplementarnej nici RNA oraz nici kwasu nukleinowego odpowiedzialnego za utworzenie białka kapsydu *wytworzenie nowej cząstki wirusa przez połączenie białka płaszcza (kapsydu) z kwasem nukleinowym. Objawy chorób wirusowych *mozaikowatość pomidora *karłowatość- malina *miotlastość pędów wskutek hamowania wzrostu pędu głównego (ziemniak) *żółtaczka tj. żółknięcie liści wskutek zanikania chlorofilu (burak) *kędzierzawienie się liści wskutek zahamowania przez wirusy wzrostu wiązek przewodzących (ziemniak, burak) *wąskolistność lub nitkowatość liści, które powstają na skutek zaburzeń we wzroście blaszek liściowych (wąskolistność- łubin, nitkowatość- pomidor *pstrość kwiatowa- zmiana kształtu, rozmiaru i koloru kwiatów (tulipan). Wiroidy -nagie wirusy bez otoczki białkowej są to cząstki RNA bez otoczki białkowej (kapsydu), jednoniciowy RNA jest koliście zamknięty. Nici RNA są sparowane do struktury zwanej „spinką” do włosów lub „młotkową” (hammerhead) przypominającą strukturę rybosomów roślinnych. Wiroidy do powielenia własnych cząstek RNA wykorzystują polimerazy rośliny gospodarza w komórkach. Wiroidy nie są wirusami jakkolwiek umieszczono je w układzie taksonomicznym wirusów. Wiroidy wywołują choroby roślin np. chmielu, ziemniaka, ogórków. Jeden gatunek roślin może być porażony przez kilka wiroidów. W przypadku ziemniaka- wrzecionowatość bulw ziemniaka. Patogeneza choroby bakteryjnej: znanych jest blisko 200 chorób roślinnych powodowanych przez bakterie. Wszystkie bakterie patogeniczne roślin mają kształt pałeczek, których długość wynosi 1-3nm; komórka składa się z cytoplazmy, substancji jądrowej i różnych ziarnistości. Bakterie rozmnażają się przez podział tworząc kolonie. Podział bakterii przebiega bardzo szybko w korzystnych warunkach co 20 min. Spotykane są swoiste procesy płciowe polegające na wymianie informacji genetycznej. Ze względu na sposób odżywiania wyróżniamy bakterie *samożywne- autotrofy *cudzożywne- heterotrofy w tej grupie znajdują się chorobotwórcze dla roślin. Bakterie pobierają pokarm całą powierzchnią. Substancje złożone rozkładane są przez enzymy wydzielane przez bakterie do otaczającego środowiska. Charakterystyczna cecha infekcji bakteryjnej jest to że w zaatakowanych tkankach nasiąkniętych wodą często pojawiają się wycieki bakteryjne. U różnych bakterii patogenicznych dla roślin stwierdzono obecność białka zwanego harriną kodowaną przez geny hrp, które odgrywają rolę nie tylko w patogenezie bakterii, ale decyduje o ich zdolności do wywolania reakcji nadwrażliwości. Do znanych chorób bakteryjnych należą: *guzakowatość korzeni (Agrobacterium tumefaciens) *raki drzew (Pseudomonas spp.) *tracheobakteriozy (Xantomonas spp., Corynebacterium spp.) *zgorzele (Erwinia amylovora; Pseudomonas spp.). Fitoplazmy i spiroplazmy: Fitoplazmy- czynniki infekujące, są to bardzo małe, kuliste, jajowate lub nitkowate od 170-800nm, wolnożyjące prokarioty. Komórka fitoplazmy jest pozbawiona ściany komórkowej, a otoczona jest trójwarstwową błoną lipidowo-białkową, mogą się rozmnażać zarówno in vitro jak in vivo. W cytoplazmie występują nitki DNA i rybosomy. Są one w przeciwieństwie do wirusów wrażliwe na antybiotyki z grupy tetracyklin co wykorzystywane jest w zwalczaniu tych chorób. Przenoszone są przez skoczki nie zaś jak wirusy przez inne owady. Ponadto mogą się przenosić przez szczepienia, odkłady, odroślą i wegetatywne rozmnażanie. Rozmnażają się w taki sposób że mniejsze ciałka powstają w obrębie ciałek większych, a uwalniają się z nich i rosną samodzielnie kosztem gospodarza. Fitoplazmy różnią się pod względem zdolności do wywoływania choroby. Występują szczepy wirulentne i awirulentne. Wirulentne szczepy fitoplazm odpowiedzialne są za choroby drzew owocowych i leśnych, winorośli, roślin kwiatowych i warzywnych np. chlorotyczny liściozwój moreli, chorobę brzoskwiń, miotlastość jabłoni i truskawki, brzeżne żółknięcie ziemniaka. Fitoplazmy wywołują poważne zakłócenia w fitohormonalnej regulacji wzrostu i rozwoju roślin (zaburzenia gospodarki fitohormonalnej). Fyllodia- zmiana barwy kwiatów i przekształcenie płatków w drobne listki. Fitoplazmy identyfikuje się wyłącznie za pomocą metod molekularnych, serologicznych lub z zastosowaniem mikroskopu elektronowego i fluorescencyjnego w roślinie przemieszczają się przez plazmodesmy. Sposoby zwalczania fitoplazm *termoterapia *chemioterapia np. tetracykliny *niszczenie szkodników (strefa zwrotnikowa). Spiroplazmy- komórka spiroplazmy pod względem budowy zbliżona jest do fitoplazmy. Kształt jajowaty, kulisty, nitkowaty oraz w pewnych fazach rozwoju formę spirali, której średnica wynosi od 100-200nm, a długość 3-5µm. rozmnażają się przez podział in vitro i in vivo. Typowymi objawami są *żółknięcie drzew cytrusowych *łamliwość chrzanu *karłowacenie kukurydzy. Patogeneza choroby grzybowej *grzyby należą do organizmów jądrowych jednokomórkowych lub wielokomórkowych *komórka grzyba otoczona jest ścianą komórkową zawierającą wielocukry aminowe (chityna, chitozan) i nieaminowe (celuloza, glukan, glukozy, polimery) *ściana komórkowa może być inkrustowana związkami np. szczawianem wapnia bądź nasycona tłuszczami lub woskami *jądro o średnicy 2-3µm są najczęściej wydłużone lub mają kształt kulisty, budowa zbliżona do innych eukariotów *do zewnętrznej części otoczki jądrowej mogą przylegać rybosomy. W cytoplazmie wyróżniamy *mitochondria *retikulum endoplazmatyczne *aparat golgiego *ciałka błoniaste *wakuole *mikrotubule *peroksysomy *ciałka Woronina *lornosomy (typowe dla grzybów) *białko, tłuszcz, glikogen. Z obecnością tłuszczy związane jest występowanie barwnika: wirydyna- zielony; cytryniany- żółty; monoskorubryny- czerwony *grzyby nie mają plastydów są więc organizmami cudzożywnymi, odżywiają się za pomocą ssawek tzw. haustoria. Grzybnia zbudowana jest z mniej lub bardziej ściśle przylegających do siebie splątanych strzępek. Grzybnia o ścisłej mocnej strukturze nosi nazwę pseudotkanki (nibytkanki) z której zbudowane są sznury grzybni, sznury przetrwalnikowe (ryzomorfy). Grzyby ze względu na sposób odżywiania dzieli się na pasożyty *biotroficzne (bezwzględne)- patogenne żywią się kosztem innego organizmu *fakultatywne (względne)- odżywiają się martwą i żywą materią. Saprofity w warunkach stresowych zmieniają się w patogenne (zdolne do pasożytniczego trybu życia) *istnieje pojęcie pasożyty względne zakażają organizmy w wyniku innych czynników (pasożyty słabości) Aspergillus i Penicillum spp. np. zgorzele siewek powodują pleśnie różnego rodzaju (Pasożyty względne zakażają rośliny wcześniej osłabione przez inne czynniki stąd zwane są pasożytami słabości). Infekcja rośliny przez patogen grzybowy zaczyna się od kiełkowania zarodników grzyba. Kiełkowanie zarodników wyraża się wytworzeniem strzępki kiełkowej, aby mogło dojść do procesu kiełkowania niezbędna jest: woda, substancje pokarmowe, właściwe warunki termiczne oraz odpowiednie pH. Grzyby preferują środowisko lekko kwaśne (od pH5 do 6,5) aczkolwiek np. Botrytis cinerea najlepiej kiełkuje w środowisku kwaśnym (od pH3 do 4). Strzępka kiełkowa wnika przez otwory naturalne: szparki, przedchlinki lub przez zranienia, a czasami przez ścianę komórkową. Pokonywanie ściany komórkowej: przycistka, substancja przyklejająca wyr. przez kiełkujący grzyb. Strzępka infekcyjna po pokonaniu ściany komórkowej skórki rośliny natrafia często na przeszkodę w postaci tworu brodawkowego- powstającego na wewnętrznej stronie ściany komórkowej nad plazmolemmą. Brodawka ta zwana apozycją lub papilą jest formą bezpośredniej reakcji rośliny gospodarza na infekcje. Twór ten zbudowany jest z kalozy i stanowi przeszkodę dla strzępki kiełkowej. Ten typ odporności występuje u odmian jęczmienia odpornego na mączniaka prawdziwego. Brodawka ta powstaje już po 2 godz. od inokulacji. Brodawki stwierdzono też u innych roślin. Funkcje fizjologiczne rośliny chorej: *u roślin chorych następuje obniżenie tempa fotosyntezy. Najprostszą przyczyną jest redukcja aparatu asymilacyjnego w wyniku nekroz, zgorzeli liści pędów, defolicji *intensywniejszy rozwój grzybni utrudnia dostęp światła i CO2 do liści hamując fotosyntezę *blokowanie fotosyntez przez zahamowanie odprowadzania asymilatów z miejsc ich powstawania z powodu uszkodzeń floemu. Konsekwencją tego jest akumulacja produktów asymilacji wzrost ich stężenia obniża szybkość fotosyntezy, jej zahamowanie oraz zahamowanie biosyntezy chlorofilu i degradacje chloroplastów. Patogeny mają też wpływ na gospodarkę wodną. Pobieranie wody ulega zakłóceniu przez patogeny: *niszczące korzenie i strefę włośników (grzyby z rodzaju Fusarium) *blokowanie szyjki korzeniowej przez patogeny powodujące zgorzel siewek lub podstawy łodygi (np. niektóre bakterie z rodzaju Erwinia, Fusarium) *patogeny roślinne rozwijające się bezpośrednio w naczyniach i powodujące zmniejszenie światła naczyń, a nawet całkowite ich zatkanie lub zniszczenie np. bakterie z rodzaju Pseudomonas, grzybów Fusarium). Oddychanie roślin (przy infekcji) w momencie infekcji następuje wzrost procesu oddychania. Tłumaczy się to mobilizacją rośliny w celu unieruchomienia procesów obronnych. Kiedy ukażą się pierwsze objawy chorobowe tempo oddychania powraca do stanu normalnego, a potem stopniowo spada aż do zamarcia. U roślin chorych *zahamowanie wzrostu *nagromadzenie substancji wzrostowych *zmiana dystrybucji substancji wzrostowych *powstanie narośli Zjawisko fyllodii- przekształcenie organów kwiatowych (kwiatów) w zielone drobne listki, spowodowane zmianami w gospodarce hormonalnej. Klasyfikacja fizjologiczna i genetyczna odporności Podatność (wrażliwość)- zdolność rośliny do ulegania chorobie Immunia- całkowita odporność rośliny na choroby i szkodniki Odporność pozorna (ekologiczna) roślina nieodporna na daną chorobę lub uszkodzenie przez szkodniki może uniknąć inwazji patogenu lub szkodnika jeżeli jest odizolowana przestrzennie lub czasowo od czynnika chorobotwórczego. Rozminięcie fazy wrażliwości rośliny z terminem inwazji patogenu Tolerancja- pomimo nawiązania kontaktu pasożytniczego patogen lub szkodnik nie zakłóca funkcji fizjologicznych roślin i nie obniża plonu. Odporność właściwa- jest to zdolność rośliny żywiciela do powstrzymania rozwoju patogenu lub szkodnika uwarunkowana genetycznie cechami anatomiczno-strukturalnymi, biochemicznymi lub wyzwoleniem reakcji obronnej Odporność bierna- zwana aksenią odpornością przed infekcyjną lub niegościnnością uwarunkowaną genetycznie; związana z cechami strukturalnymi i biochemicznymi roślin Odporność bierna cechy strukturalne *duża zawartość wosku *duża liczba włosków *gruba kutikula *gruba zewnętrzna ściana komórkowa komórek skórki *mała liczba szparek *duży udział tkanek mechanicznych *późna pora otwierania aparatów szparkowych *wydzieliny liści lub korzeni roślin powodujących hamowanie kiełkowania zarodników grzybów (patogenów). Inhibitory kiełkowania które ograniczają hamowanie kiełkowania grzyba takie inhibitory kiełkowania zawierają: liście bzu czarnego, a także korzenie odmian lnu i groch odpornych na grzyby z rodzaju Fusarium. Cechy metaboliczne (biochemiczne lub fizjologiczne odporności biernej) *ubogie i łatwo dostępne lub szczególnie cenne dla patogenów składników odżywczych np. niższa zawartość cukrów redukcyjnych *niektóre patogeny wymagają obecności hormonów i witamin *obecność związków fenolowych i produktów ich utleniania- chinony *obecność związków taninowych i saponin (tomatyna u pomidora; awenacyna u owsa) *produkowanie przez roślinę enzymów (białek PR, glukanaz, chitynaz) zdolnych do rozkładania ścian komórkowych, strzępek grzybów. Odporność czynna (indukowana)- polega na wytworzeniu przez roślinę gospodarza toksycznych dla patogenu związków chemicznych lub barier strukturalnych. Roślina neutralizuje toksyny lub inne wydzieliny pasożyta. Inicjowanie reakcji obronnych następuje poprzez wyzwalacze tzw. elicitory. Podstawą oddziaływania patogenu na roślinę jest powstawanie sygnału fizycznego lub chemicznego i możliwość jego rozpoznawania przez komórkę gospodarza sygnał jądro komórkowe- aktywacja genów odporności-reakcje obronne zachodzące w ciągu kilku godzin lub dni po infekcji wczesne odpowiedzi obronne (szybkie reakcje) nie wymagają transkrypcji i translacji. Następuje bezpośrednie wytworzenie metabolitów o właściwościach antymikrobowych. Mechanizmy odporności czynnej podlegające kontroli genetycznej *reakcja nadwrażliwości *biosynteza i akumulacja substancji hamujących rozwój patogenu -aktywacja form tlenu -fitoaelksyn (FA) fito- roślina, dekso- opieranie -białka typu PR *bariery strukturalne *struktury histologiczne *neutralizacja toksycznych metabolitów lub endogennych egzoenzymów wytwarzanych przez patogen (inhibitory proteaz). Reakcje roślin nie wymagające aktywności genów a przyczyniające się do hamowania patogenu: *gwałtowne i krótkotrwałe uwalnianie aktywnych form tlenu *oksydacyjne unieruchamianie białek strukturalnych ściany komórkowej *zmiana wartości pozakomórkowego pH Zasięg oddziaływania patogenu Lokalny- oddziaływanie między patogenem a rośliną obejmuje komórki kontaktujące się z pasożytem/patogenem (reakcja pierwotna) oraz komórki je otaczające (reakcja wtórna) Zasięg systemiczny- obejmuje oddziaływanie na organy nie będące obiektem porażenia. To oddziaływanie jest podstawą tzw. nabytej systemicznej odporności (SAR) lub indukowanej odporności systemicznej (ISR) Odporność typu SAR- indukowana stresami biotycznymi i abiotycznymi Odporność typu ISR- nabywana w wyniku kolonizacji korzeni przez mikroorganizmy niepatogeniczne ryzosferowe, bakterie i grzyby. Nabywanie odporności odbywa się w następstwie: *lokalnej infekcji patogenu *potraktowania rośliny rasami niewirulentnymi patogenu lub niepatogenicznymi dla danej rośliny *potraktowania ekstraktami pochodzenia roślinnego i niektórymi związkami chemicznymi np. fosforanami, szczawianami, chitozanem. Kwas salicynowy (metabolit fenolowy) odgrywa kluczowa rolę w indukcji odporności typu SAR Kwas jasmonowy (produkt degradacji błon cytoplazmatycznych)- indukuje odporność typu ISR W uruchomianych mechanizmach obronnych najczęściej jest obserwowana reakcja nadwrażliwości prowadząca do lokalnych nekroz lub indukcji białek typu PR Immunizacja (wakcynacja, szczepionkowanie) proces wzbudzenia odporności za pomocą induktora. Reaktywne formy tlenu (RTF) Jedna z reakcji metabolicznych na wiele stresów biotycznych i abiotycznych. Generowanie tych metabolitów jest efektem ubocznym reakcji oksydoredukcyjnych komórki (depolaryzacja plazmolemmy). RTF są metabolitami o ogromnym potencjale destrukcyjnym ponieważ powodują: peroksydację lipidów; inaktywacje białek; degradacje kwasów nukleinowych. Nagromadzenie RTF może prowadzić do uszkodzeń tkanek i śmierci rośliny. Reaktywne (aktywne) formy tlenu: anionorodnik ponadtlenkowy; nadtlenek wodoru; rodnik wodorotlenkowy. W następstwie infekcji roślin następuje gwałtowne i krótkotrwałe uwolnienie reaktywnych form tlenu zwane falą oksydacyjną lub wybuchem oksydacyjnym. Towarzyszy temu aktywność oksydoreduktaz zlokalizowanych w obrębie ściany komórkowej i oksydazy NADPH zlokalizowanej w plazmolemmie generujących nadtlenek wodoru. Wybuch oksydacyjny jest zależny od dokomórkowego przepływu wapnia. Aktywne formy tlenu oddziałują toksycznie na komórki patogenu stąd też ich generowanie we wczesnych stadiach infekcji jest ważnym elementem mechanizmu obronnego. RTF inicjuje utlenianie lipidów aminokwasów białek i kwasów nukleinowych. W konsekwencji hamuje podziały komórkowe i rozprzestrzenianie się patogenu. Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) reakcja dysmutazy polega na aktywności enzymu SOD która przekształca anionorodnik ponadtlenkowy do nadtlenku wodoru, który po spełnieniu swoich funkcji ulega rozpadowi do wody w wyniku aktywności enzymów katalazy i peroksydazy. Funkcje nadtlenku wodoru - inicjuje reakcję prowadzącą di uszczelnienia ściany komórkowej przez lignifikację i suberyzację. -usztywnienie białek strukturalnych ściany komórkowej. - może dyfundować do jądra komórkowego jako substancja sygnałowa i uczestniczyć w syntezie białek (kinaz białkowych) mechanizmu obronnego -uczestniczy w reakcji nadwrażliwości. SOD usuwa RTF których nadmierna ilość mogłaby prowadzić do uszkodzeń strukturalnych i funkcjonalnych komórek gospodarza. RTF- gromadzą się w atmosferycznych (SO2 i O3) Aktywność SOD-jest skorelowana z aktywnością katalazy i peroksydazy enzymów uczestniczących w degradacji nadtlenku wodoru do wody. Reakcja nadwrażliwości- jeden z powszechnych mechanizmów obronnych. W wyniku lokalnych nekroz wraz ze śmiercią niewielką liczby komórek roślinnych następuje zablokowanie patogennego organizmu. Reakcja nadwrażliwości jest tzw. Formą programowanej śmierci komórki czyli genetycznie kontrolowanym mechanizmem eliminacji komórek zjawisko to nosi nazwę apoptozy. Apoptoza polega na: -kurczeniu się komórek poprzez utratę wody - zmianach w jądrze komórkowym: *kondensacji chromatyny *cięciu DNA przez enzymy restrykcyjne tzw. endonukleazy - gdy komórka traci kontakt z podłożem zaokrągla się i zamiera. DNA apoptycznej komórki dzieli się na fragmenty co 180pz i ich wielokrotności. Następuje dezintegracja cytoszkieletu. Niezbędnym warunkiem do aktywacji reakcji nadwrażliwości- jest przepływ jonów wapnia do komórek które uruchamiają odpowiednie białka, w mechanizmie reakcji nadwrażliwości uczestniczą związki fenolowe. Ich akumulacj skorelowana jest z aktywnością amoniakoliazy fenyloalaniny (PAL) enzymu odpowiedzialnego za biosyntezę tych metabolitów. Fitoaleksyny (FA) -akumulacja FA następuje w wyniku -infekcji przez patogeny -zranienia mechaniczne i uszkodzenia przez szkodniki -działanie metali ciężkich -działanie niektórych fungicydów -promieniowanie UV FA są to- substancje o właściwościach antybiotycznych. Akumulacje FA w odpowiedzi na infekcję patogenów grzybowych bakterii wirusów i nicieni wykryto u ponad 100 gatunków roślin. Do najlepiej poznanych FA należą: -fazeglina u fasoli -pizotyna groch -gliceolina soja- mediokarpina lucerna koniczyna- lubimina reszytyna i solavetivon ziemniak -wyeoron bób -kapsidiol pieprz -resweratrol orzech ziemny winorośl. FA są to- metabolity wtórne nie występują w zdrowej roślinie, syntetyzowane są denowo (na bieżąco) w miejscu penetracji patogenów w stężeniach hamujących jego rozwój są to niskocząsteczkowe metabolity. FA budowa chemiczna- mogą być przeważnie o budowie chalhonowej ze szkieletem C6C3C6 typowej dla flawonoidów izoflawonoidy i związki terpenoidowych. FA o budowie stilbenowej- o szkielecie C6 C2 C6 charakteryzuje się większą toksycznością na mikroorganizmy chorobotwórcze Aktywność syntezy stilbenowej warunkuje gromadzenie stilbenów. FA stilbenowe gromadzenie- pinosylwina sosna -resweratrol winiferyna winorośl -resweatrol orzech ziemny -oksyreswerafrol marwa. Działanie biologiczne FA- hamują kiełkowanie zarodników grzybów -hamują wzrost strzępek kiełkowych -hamują zarodnikowanie -hamują wytwarzanie i aktywację egzoenzymów patogenów -wykazują działanie bakteriobójcze. Niektóre patogeny -wykazują tolerancję na FA przez zdolność ich detoksyfikacji -uniemożliwiają syntezę FA poprzez wytwarzanie supresorów hamujących reakcje obronne rośliny. Rośliny które nie wytwarzają FA w odpowiedzi na zakażenia patogenami uwalniają inne toksyczne substancje (fenole glukozynolany saponiny) występujące w wakuolach ich komórek. Białka PR- białka indukowane w patogenezie określono mianem białek typu PR. Białka PR- są rozpowszechnione w świecie roślin. Ich akumulacja następuje w wyniku infekcji wirusowych bakteryjnych i grzybowych inwazji nicieni i szkodników zwłaszcza owadów. Zlokalizowane są wewnątrzkomórkowo albo gromadzone są w obrębie apoplastu. Do białek typu PR należą: glukonaza chitynaza lizozym inhibitory proteaz defensyny białka bogate w cysteinę chitozanazy, niektóre peroksydazy, lektyny i tioniny. Właściwości chemiczne białek PR: bardzo kwaśne lub zasadowe stąd charakteryzują się dużą aktywnością antymikrobową. Działanie biologiczne białek PR- hamują kiełkowanie zarodników grzybowych -niektóre uczestniczą w tworzeniu popili. -uszczelniają i usztywniają ścianę komórkową -uczestniczą w tworzeniu elicytorów roślinnych wyzwalających reakcje obronne -blokują aktywność proteolityczną egzoenzymów patogenu (inhibitory proteaz) do penetrowanej tkanki. Antymikrobowa rola chitynazy 1,3 glukanaz- chitynaza i 1,3 glukanaza indukuje w roślinie eten chitynazy roślinne wykazują destrukcyjne działanie względem ściany komórkowej patogenów grzybowych są bakterie zlokalizowanymi w wakuoli albo w obrębie apoplastu. Chitynaza katalizuje rozkład chityny która stanowi 3-60% szkieletu ściany komórkowej grzybów. Największą wrażliwością charakteryzują się wierzchołkowe fragmenty strzępki kiełkowej wrażliwość ta wynika z tego że ściana komórkowa najmłodszych fragmentów strzępki ma budowę chitynowo-glukanową a w późniejszej fazie wzrostu te polisacharydy pokryte są osłonka. Rizozymy- charakteryzują się aktywnością: -lityczną względem otoczek bakteryjnych -chitynolityczną względem patogenicznych grzybów. Lizozymy-stanowią podstawowe narzędzie bakteriofagów tj. wirusów pasożytujących na bakteriach z ich udziałem bakteriofagi prowadzą do rozpadu komórek bakteryjnych. Inhibitory proteaz- hamują wydzielanie proteolitycznych egzoenzymów patogenu do penetrującej tkanki rośliny żywiciela. Wydzielanie inhibitorów proteaz następuje również w wyniku żerowania szkodników. Substancjami sygnałowymi są systemina i kwas jasmonowy. Defensyny- są to niskocząsteczkowe polipeptydy bogate w cysteinę. Oddziaływują destrukcyjnie na plazmo lemmę patogenu. Bariery strukturalne- tworzenie popili -lignifikacja ścian komórkowych -synteza suberyny. Rignifikacje ściany komórkowej- jest jednym z mechanizmów obronnych indukowanych przez wirusy, bakterie i grzyby. Poprzez boczne odgałęzienia oraz wolne kwasy, fenoliznie lignine tworzy połączenie z micelami celulozy dodatkową barierą utrzymującą strukturę ściany komórkowej. W niektórych przypadkach powstaje strefa oddzielajaca patogena od tkanek niezainfekowanych strefa ta charakteryzuje się wysokim poziomem wysycenia ligniną. Takie zjawisko towarzyszy dziurkowatości i drobnej plamistości drzew pestkowych powodowanych przez Coccomyces. Biosynteza ligniny- indukowana jest obecnością patogenu jest skorelowana ze wzrostem aktywności enzymów. -amoniakoliazy fenyloalaninowej (PAL) -amoniakoliazy tyrozynowej ( TAL) -metylotransferazy. Synteza suberyny- tworzy się polimer suberyna na młodych korzeniach i warstwie korzeniowej powstaje strefa chroniąca związki przewodzące przed penetracją przez patogeny proces ten przebiega z udziałem enzymu peroksydazy zlokalizowanej w ścianie komórkowej. Unieruchomienie białek ściany komórkowej- białko ściany komórkowej podczas infekcji grzybowej bakteryjnej i wirusowej podlegają unieruchomieniu poprzez tworzenie wiązań z udziałem nadtlenku wodoru. Struktury histologiczne- podczas infekcji dochodzi do wytworzenia: -warstwy korkowej -gum tulloz -lignitubrów. Warstwa korkowa- wytworzona w wyniku aktywności tkanki korkotwórczej. Skutecznie hamuje rozprzestrzenienie się patogenu a zwłaszcza jego toksyn Gumy- powszechne zjawisko u drzew pestkowych następuje wydzielanie gum do przestrzeni międzykomórkowych (apoplastów) uwięzione bakterie patogenne. Tulozy-są celulozowymi strukturami wrastającymi w wiązki przewodzące w następstwie inwazji patogenów naczyniowych np. Fusarium. Następuje hamowanie wzrostu patogenu jego przemieszczanie transport przezeń toksyn. Lignitubry- strzępki i ssawki zostają zablokowane przez odkładające się na ich powierzchni śluzowate często szybko twardniejące substancje (kaloza) uniemożliwiające dalszy wzrost strzępek i kontakt z treścią komórki. Interakcja patogen-roślina na poziomie molekularnym. Czynniki patogenu przez które oddziaływuje on na roślinę -enzymy hydrolityczne -toksyny -elicytory -supresory. Rozpoznaniem w interakcji patogen-roślina pierwszym etapem interakcji pomiedzy patogenem a rośłiną żywicielem jest przekazanie przez infekujący mikroorganizm fizycznego lub chemicznego bodźca który przez białkowy receptor rośliny jest odbierany przez rośłiny gospodarza. Rozpoznanie wymaga bliskiego najczęściej metabolicznego kontaktu miedzy komórką roślinną a patogenem taki kontakt jest możliwy w wyniku penetracji ściany komórkowej rośliny gospodarza. Bodziec fizyczny może następować w wyniku deformującego oddziaływania kiełkującej strzępki grzyba komórkę roślinną i zmiany jej przepuszczalności. Decydująca rolę w rozpoznawaniu patogenu odgrywają- elicytory patogenu -supresory patogenu -białkowe receptory roślinne receptory- białka zlokalizowane na powierzchni plazmo lemmy albo wewnątrz komórki. W wyniku odbioru bodźca zewnętrznego (chemicznego fizycznego) w komórce roślinnej następuje tzw. Proces wzbudzenia prowadzący do aktywacji białek receptorowych (efektorowych lub typu G) Te białka są odpowiedzialne za aktywację w obrębie plazmo lemmy kanałów wapniowych. Efektem aktywacji kanałów- wapniowych jest zwiększony przepływ wapnia z apoplastu do cytoplazmy a dalej pomiędzy organellami komórkowymi jonów wapnia i wytworzenie określonego sygnału metabolicznego. Uruchomienie dokomórkowego transportu jonów wapnia może być spowodowane bezpośrednim fizycznym oddziaływaniem bodźca fizycznego np. strzępki infekcyjnej grzyba. Jony wapnia będące aktywatorami białka kalmoduliny jak i substancje sygnałowe prowadzą do zmiany stężenia tzw. Wtórnych przekaźników które z kolei aktywują kolejne białka regulacyjne tj. kinazy białkowe. Role substancji sygnałowych (metabolitów sygnałowych) w roślinie pełnią: - kwas salicylowy -kwas jasmonowy -systemina -nadtlenego wodoru -tlenek azotu -etylen Wtórne przekaźniki- niskocząsteczkowe białko kalmoduliny -cykliczne nukleotydy Comp (cykliczny guanozynomonofosforan) cAMP (cykliczny adenozynomonofosforan) Elicytory reakcji obronnych: Czynnikami patogenu inicjującymi reakcje obronne są tzw. Elicytory czyli wyzwalacze mechanizmów prowadzących do zahamowania rozwoju patogenu zanim wywoła on zmiany chorobowe. Poprzez elicytory roślina otrzymuje określony bodziec chemiczny za pomocą którego ,,rozpoznaje'' pasożyta. Wykazano, że niskocząsteczkowe produkty hydrolazy ścian komórkowych rośliny (oligosacharydy) powstające w efekcie aktywności enzymów hydrolitycznych patogenu także mają właściwości elicytorów. Pod względem właściwości i budowy chemicznej elicytory mogą być: *białkowe *lipidowe *oligosacharydowe. Elicytory są wytwarzane poprzez patogeniczne grzyby, bakterie oraz wirusy. Elicytory oligosacharydowe, grzybowe i roślinne: *oligogalatkourynowe - indukują proces lignifikacji oraz aktywują glukanozę i chitynozę *glukanowe *chitynowe. Elicytory białkowe: (białka proste) *kryptogeina - wydzielana przez Phytophthora spp. *harpina Białka złożone *endoksynalaza. Aktywność fizjologiczna elicytorów glikoproteinowych jest determinowana częścią białkową. Część gluka nowa- decyduje o rozpoznaniu elicytora przez receptor roślinny. Część peptydowa- jest niezbędna do transdukcji sygnału. Supresory reakcji obronnych: są to substancje wydzielane przez organizm patogeniczny hamujące reakcje obronne rośliny gospodarza. Supresory są: *glukanami *glikoproteinami *toksynami Mechanizm dzialania supresora: polega na konkurencyjnym blokowaniu receptora na który oddziałuje elicytor reakcji obronnych. Miejscem działania jest plazmolemma. Supresory hamują: *transport międzykomórkowy składników mineralnych i organicznych *ekspresję genów uczestniczących w mechanizmie obronnym tj. amoniakoliazy fenyloalaniny (PAL) i syntezy chelkonowej. Molekuły sygnałowe: Przenoszenie sygnałów odbywa się *szlakiem indukcji SAR dla którego kluczowym sygnałem hormonalnym jest SA *szlakiem indukcji ISR (powstający w odpowiedzi na zranienie) którego kluczowym sygnałem hormonalnym jest JA i ET (etylen) Kwas salicylowy (SA): *aktywowany przez nadtlenek wodoru *indukuje reakcję nadwrażliwości oraz syntezę białek PR *indukuje systemiczną odporność nabytą typu SAR. Ester metylowy kwasu salicylowego: *indukuje odporność oddalonych części lub roślin sąsiednich (produkowany jest przez chore rośliny). Kwas jasmowy (JA) *aktywator genów warunkujących syntezę inhibitorów proteaz *aktywuje indukowaną odporność systemiczną typu VSR. Jako hormon roślinny indukuje opadanie i starzenie się organów oraz syntezę beta karotenu i etylenu. Nadtlenek wodoru: *powstaje na powierzchni komórek i wewnątrzkomórkowo (reakcja dysmutacji) *aktywuje transport wapnia i kinaz białkowych indukujących ekspresję genów odporności *bierze udział jako substancja sygnałowa w reakcji nadwrażliwości *inicjuje reakcje prowadzącą do uszczelnienia ściany komórkowej- lignifikacja i suberyzacja *powoduje usztywnienie białek ściany komórkowej. Systemina: substancja białkowa o właściwościach hormonu i sygnału roślinnego aktywowana na skutek zranienia. Tlenek azotu: *ważny sygnał wewnątrz i międzykomórkowy w świecie zwierzęcym *redukuje oksydoredukcyjną homeostazę błonową komórek *u roślin indukuje reakcje nadwrażliwości. Enzymy hydrolityczne patogenu: decydującą role w przyswajaniu substancji pokarmowych przez patogeny od autotroficznych roślin odgrywają enzymy hydrolityczne patogenu: A- degradujące warstwę woskową i kutykularną: *kutynaza B- degradujące składniki ściany komórkowej: 1.enzymy pektyno lityczne: *pektynometyloeteroza *poligalaturonaza *liaza pektynianowa 2. Enzymy degradujące ścianę komórkową *Celuloza *hemiceluloza *proteinazy C- degradujące substancje wewnątrzkomórkowe: *proteinazy *amylazy i fosforylazy *lipazy i fosfolipazy. Enzymy wydzielane przez roślinę żywiciela: *polimerazy *rybonukleazy *nukleazy. Toksyny mikrobiologiczne: powodują metaboliczną dezorganizację oraz zaburzenia integralności komórkowej rośliny żywicielskiej. Toksyny bezpośrednio oddziałują na składniki protoplastu, prowadzą do uszkodzenia i w konsekwencji do śmierci komórki roślinnej, wywołują objawy chorobowe. Toksyny mikrobiologiczne: *zoo toksyny- metabolity grzybowe, bakteryjne, wirusowe, które oddziaływają trująco na człowieka i zwierzęta *fito toksyny- metabolity mikrobiologiczne hamujące wzrost i metabolizm roślin *antybiotyki- metabolity które są inhibitorami wzrostu drobnoustrojów. Działanie toksyn może być: *specyficzne (działają selektywnie na określony gatunek) *niespecyficzne (działają na wiele gatunków). Rośliny wrażliwe na mykotoksyny mają odcinki membran komórkowych wiążące te związki i unieczynniające swoje głównie białkowe receptory komórkowe. Rośliny odporne na wyposażone w mechanizmy prowadzące do detoksykacji tych metabolitów. Toksyny powodują u zwierząt i człowieka choroby zwane mykotoksynozami. Mikotoksyny w zwalczaniu toksylogicznym: (nazwa miko toksyn i powodujące je grzyby) *Alfatoksyny B1 oraz mniej toksyczne pochodne B2 G1 G2 i Mi Aspergillus flavus, A parasiticus. *Ochratoksyna A- Penicillium verrucosum, Aspergillus achraceus, A. carbonaruis *Deoksynivalenol- DON womitoksyna *Zeavalenon - Fusarium graminearum, F. culmorum *Fumonizyna B1 i jej pochodne Fusarium verticillioides F. proliferatum *coś tu ma być - grzyby z rodzaju aspergillus i penicillum . Ze względu występowania miko toksyn dzielimy na polowe powstające przed zbiorem oraz magazynowe czyli tworzące się po zbiorze w warunkach składowania ziarna. Do miko toksyn polowych należą głównie metabolity Fusarium. Udowodniono że wzrost porażenia kłosa przez Fusarium o 1% może powodować wzrost ilości DON w ziarnie o 0,3 mg/kg/ Aby zapobiec całkowicie albo zredukować zawartość mikotokstyn fuzaryjnych należy zabezpieczyć kłosy przed porażeniem. Toksyny niespecyficzne: *lykomarazmina *kwas fuzariowy *tabotoksyna *fazeolotoksyna *Tentoksyna *pirykularyna *kwas alternaranowy *kwas szczawiowy Toksyny specyficzne- związki niskocząsteczkowe, najczęściej oligo i polipeptydowe, poliketony lub terpenoidy 1.Wiktoryna- toksyna HV powoduje nekrotyczne zmiany liści OWSU 2. T-toksyna- powoduje nekrozę liści kukurydzy 3. AK-toksyna (grusza), AM-toksyna (jabłoń). Mechanizm działania fungicydów na komórki grzybów- Preparaty fungicydowi muszą wykazywać powinowactwo do wody i tłuszczów. Dzięki temu mogą być dobrze transportowane przez białkowo-lipidową błonę plazmatyczną komórek grzybów. *blokowanie procesu oddychania przez unieczynnienie enzymów grzyba. Fungicydy tworzą trwałe związki z wolnymi grupami w strukturze białek enzymatycznych w wyniku czego enzymy te ulegają unieczynnieniu na różnych etapach procesu oddychania. * zakłócenie funkcjonowania plazmo lemmy co prowadzi do zaburzeń w wymianie substancji z otoczeniem *zahamowanie biosyntezy białek tubulinowych, białka te są materiałem budulcowym wrzeciona kariokinetycznego z powodu braku elementu budulcowego wrzeciono się tworzy się. Blokuje mitozę- podział jąder i komórek grzyba *zahamowanie biosyntezy kwasów nukleinowych * zahamowanie biosyntezy ergosterolu który odgrywa istotną rolę w budowaniu i funkcjonowaniu błon plazmatycznych w komórkach grzybów a jednocześnie jest on wyjściową substancją do produkcji regulatorów wzrostu. Odporność grzybów na fungicydy: * zmiana procesu metabolicznego komórek grzyba *niedopuszczenie fungicydu na teren komórek przez zmianę przepuszczalności ściany komórkowej i plazmo lemmy * detoksykacja fungicydu na terenie komórki grzyba przez odpowiednie enzymy *aktywne usuwanie pobranego już fungicydu poza teren komórki- dotyczy fungicydów działających jako inhibitory biosyntezy ergosterolu i bardzo efektywnym mechanizmem odporności aczkolwiek wymagającym ze strony grzyba dużych nakładów energetycznych. Odporność roślin na szkodniki i jej mechanizmy: niewielkie porażenie przez szkodniki niektórych gatunków roślin jest wynikiem taw. Odporności pozornej czyli ekologicznej. Przyczyny tego zjawiska: *niezgodność fenologiczna faz rozwojowych obu organizmów *odporność okresowa i inne. Mechanizmy odporności genetycznej: są one oparte na wielu właściwościach rośliny żywicielskiej a także licznych preferencjach szkodników. Wiele roślin poprzez swe właściwości anatomiczno-morfologiczne, bodźce chemiczne nie zapewnia szkodnikom właściwych warunków do składowania jaj żerowania i dalszego rozwoju, wiele roślin nie jest atrakcyjna dla fitofagów. Allelozwiązki mają działanie korzystne dla rośliny żywicielskiej należą one do allomonów. Związki korzystne dla roślinożernego owada lub innego szkodnika należą do kariomonów. W grupie allomonów duże znaczenie mają tzw. Repelenty- związki zapachowe i smakowe o właściwościach odstraszających oraz substancje antybiotyczne i toksyny pokarmowe. Spośród kariomonów atraktanty przyciągają szkodnika do rośliny a arestanty zatrzymują szkodnika w obrębie rośliny. Organizmy polifagiczne- ograniczenia pokarmowe są bardzo niewielkie (szarańcza) Organizmy oligotroficznie- szkodniki żerujące na roślinach należących do jednej rodziny botanicznej (korniki, pajęczaki, mszyce, nicienie) Organizmy monofagiczne- żerują tylko na jednym gatunku rośliny (płaszczyniec burakowy, poły śnica marchwianka). Odporność bierna- decydują cechy anatomiczno-morfologiczne i metaboliczne. Wyróżnia się tzw. Antyksenową obejmuje ona te wszystkie cechy rośliny które sprawiają, że roślina staje się antygospodarzem tj. nieodpowiednim żywicielem. Zjawisko to jest określone brakiem preferencji szkodników bądź brakiem akceptacji rośliny przez szkodnika. Przykład larwy bielinka kapustnika odżywiającą się tylko liśćmi kapusty które zawierają sinigrynę (czynnik pokarmowy, który przyciąga i sprzyja składaniu jaj przez bielinka. Antybioza: obejmuje szkodliwe lub niekorzystne działanie pokarmu roślinnego. Rośliny mogą zawierać inhibitory enzymatyczne prowadzące do niestrawności pokarmu lub metabolity wtórne o działaniu toksycznym. Odporność czynna indukowana(aktywna) - Obejmuje te właściwości rośliny które ujawiają się w następstwie jej kontaktu ze szkodnikami i rozpoczęcia przez nie żerowania. Czynnikiem inicjującym odporność czynną zranienie tkanki powstaje wówczas metabolit sygnałowy-systemina i kwas jasmowy. Elicytorem indukującym reakcje obronne są również śliny owadów i płyn wydzielany w trakcie składowania jaj. Zidentyfikowano że ślina bielinka zawiera beta glukozydazę wyzwalającą uwolnienie olejków eterycznych u roślin odpornych na bielinka. Wykazano, że rosliny mogą syntezować na powierzchni liści substancje które powodują tworzenie komórek nietypowych np. rakowych uniemożliwiających utrzymanie złożonych jaj. Mechanizmy odporności na szkodniki ujawniają się dopiero po zasiedleniu szkodnika na roślinie. U roślin zbożowych zidentyfikowano biologicznie nieaktywny glikozyd który w wyniku uszkodzenia blaszki liściowej przez szkodnika podlega enzymatycznej hydrolizie do aktywnych oglikanów toksycznych dla larw omacnicy prosowianki mszyc i innych oraz dla grzyba Fusarium Nirale. Reakcja nadwrażliwości stanowi- drugi mechanizm aktywnej reakcji obronnej następuje zatrzymanie rozwoju szkodnika poprzez jego izolację wynikającą z zamierania niewielkiej liczby komórek otaczających miejsce żerowania (zjawisko apoptozy, samojedztwo, samo destrukcja- autodestrunkncja)