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.