Obranné mechanismy rostlin vinterakcích...
Transcript of Obranné mechanismy rostlin vinterakcích...
Obranné mechanismy rostlin v interakcích hostitel-patogen
Aleš Lebeda
Michaela Sedlářová
Katedra botanikyPřírodovědecká fakultaUniverzita Palackého
Šlechtitelů 11, 783 71 Olomouc-Holice
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Struktura přednášky1. Rostlinné patosystémy2. Infekční cyklus3. Životní strategie patogenních „hub“4. Obranné mechanismy5. Základní kompatibilita resp. inkompatibilita6. Teorie „gen-proti-genu“, rozdělení R-genů7. Modelový patosystém Lactuca spp. - Bremia lactucae
7.1. Mechanismy rezistence u Lactuca spp.7.2. Životní cyklus a infekční struktury Bremia lactucae7.3. Vliv faktorů prostředí na vývoj patogenu7.4. Kvalitativní a kvantitativní aspekty tvorby infekčních struktur B. lactucae7.5. Šlechtění na rezistenci vůči plísni salátové7.6. Nevratné poškození membrán7.7. Oxidativní stres – AOS, antioxidační enzymy7.8. Fenolické látky v obranných procesech7.9. Vliv patogenu na cytoskelet hostitele7.10. Hypersenzitivní reakce7.11. Cytokininy a reprodukce patogenu
8. Souhrn9. Poděkování
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Trojúhelník a čtyřúhelník choroby
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Fáze a subfáze infekčního cyklu
Kůdela et al., 1989
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Posloupnost procesů během infekce a jejich terminologie
Kůdela et al., 1989
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Životní strategie patogenních „hub“(lze vymezit fakultativní a obligátní formy)
Biotrofní Hemibiotrofní Nekrotrofní
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Phytophthora infestans
Fusarium
Exobasidium vaccinii
- během životního cyklubio-, nekro-, saprotrofní fáze
- dlouhou dobu nedochází k narušení buněčné stěny
- saprofáze redukována
- napadají a rychle usmrcují živé buňky – enzymy, toxiny
- narušení BS, protoplastu, metabolismu
- mohou existovat jakosaprotrofové
- napadají živé buňky- invaginace plazmatické membrány
- rovnováha s hostitelem- speciální forma parazitismu
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
- chemická (enzymatická)
- mechanickápřímá = přes buněčnou stěnunepřímá
- poranění- přirozené otvory:
stomata, lenticely, hydatody, nektária
Způsoby penetrace
Uromyces viciae-fabae
Bremia
Magnaporthe
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
stimulativní(obligátní biotrofní parazité – v počátečních fázích
svého vývoje: podpora růstu, zvýšení počtu organel)
„green islands“- typické před. pro biotrofní bakterie, viry(nerovnováha kinetinu)
Katedra botaniky a Katedra biochemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Vlivy patogenu resp. infekce na buňku
nárůst počtu mitochondrií a ribozómů
nutné zvýšení syntézy proteinů, intenzivnější respirace
respirace + oxidační procesy + degradace látek
uvolnění chemické energie na pokrytí biosyntéz
Životaschopnost rostlinné buňky závisí na: - fungující vakuole- intaktním vezikulárním transportu
degenerativní (nekrotrofní a v pozdních fázích i někteří obligátní
biotrofní parazité:narušení cytoskeletu, organel, membrán)
Beta vulgaris –Fusarium oxysporumHordeum vulgare -
Blumeria graminis
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
- pasivní (strukturní)fyzikální bariery proti průniku patogenu
preformované: buněčná stěna, vosky, kutikula, fenolické látkyindukované: lignifikace, suberinizace, depozice kalózy
Obranné mechanismy rostlin
- aktivní (fyziologické, biochemické)produkce látek toxických pro patogen
sekundární metabolity (specifické podle hostitele a patogenu): alkaloidy, saponiny, antokyany, fenoly, taniny, melaniny, aromatické AK
proteinyextenziny (bohaté na hydroxyprolin)PR-proteiny (glukanasy, chitinasy, peroxidasy)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Základní inkompatibilita(interakce nehostitel-nepatogen)
Nespecifická inkompatibilita- kompatibilita
Preformované obranné mechanismy; iniciace obecných obranných reakcí
Obecné metabolické a genetické obranné mechanismy
Schéma konceptu základní inkompatibility a základní kompatibility(Lebeda, 1984)
Rostlina - mikroorganismus
Základní kompatibilita(hostitel-patogen)
Obecné obranné mechanismy neúčinné
Specificky diferencovaná inkompatibilita- kompatibilita
Specificky nediferencovaná inkompatibilita- kompatibilita
Vysoce specifické metabolické a genetické adaptace hostitele
Specifický komplex metabolických a genetických
obranných mechanismů
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Odezva na infekci a případný rozvoj či potlačení projevů choroby primárně závisí
na genetické výbavě obou partnerů
Teorie „gen-proti-genu“ (Flor, 1946 resp. 1947)
- geny „rezistence“ (u hostitelské rostliny) resp. „avirulence“ (u patogenu) kódují proteiny důležité pro rozpoznání (buněčné receptory resp. molekuly elicitorů)
- platnost tohoto předpokladu byla potvrzena později klonováním genů avirulence různých patogenů (Keen, 1990)
Model koevoluce hostitele a patogenu
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Klasifikace R-genů podle
struktury a funkce
(Tör et al., 2003)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Interakce Lactuca spp. - Bremia lactucae
L. sativa, plané druhy rodu Lactuca a některých příbuzných rodů jsou charakterizovány rasově specifickou (RS), rasově nespecifickou (RNS) a polní rezistencí (FR)
Z Lactuca spp., blízce příbuzných L. sativa, je pouze u L. saligna předpokládána nehostitelská rezistence (NR)- faktory nejsou příliš dobře známy- nehostitelská rezistence není primárně asociována s HR
Variabilita mechanismů rasové specificity je podmíněna variabilitou genů kódujících- epikutikulární vosky - enzymy- cytoskelet - IMD- HR - fenoly
Výsledkem je rozdílné načasování potlačení růstu houby
Na rasově nespecifické a polní rezistenci se podílí řada mechanismů- roli hraje i ontogenetický stupeň vývoje a podmínky prostředí
Specifita interakcí rostlina-patogen je různorodý a komplikovaný fenomén
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Možné mechanismy rezistence L. sativa a planých Lactuca spp. vůči Bremia lactucae (Lebeda et al., 2000)
Section/subsection Response to B. lactucae from Possible resistance Lactuca spp. L. sativa L. serriola mechanisms Lactuca Lactuca
L. aculeata +/– +/– RS L. altaica +/– +/– RS L. dregeana +/– +/– RS L. livida + + RS? L. saligna +/– (–) RS, NR? L. sativa +/– +/– RS, FR L. serriola +/– +/– RS, RNS, FR L. virosa +/– +/– RS, FR
Cyanicae L. perennis +/– – RS L. tenerrima +/– +/– RS
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Section Response to B. lactucae from Possible resistance Lactuca spp. L. sativa L. serriola mechanisms Phaenixopus L. viminea
+/–
(–)
RS
Mulgedium L. taraxacifolia
+
*
?
L. tatarica +/– (–)/– RS Lactucopsis L. aurea
–
*
?
L. quercina +/– * RS Tuberosae L. indica
+/–
–
RS
Micranthae L. undulata
–
*
?
African group L. capensis
–
*
?
L.homblei – – ? North American group L. biennis
–
(–)
?
Možné mechanismy rezistence L. sativa a planých Lactuca spp. vůči Bremia lactucae (Lebeda et al., 2000)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Vliv teploty na efektivitu některých genů rezistence (Dm genů) u Lactuca sativa a L. serriola vůči Bremia lactucae(modifikováno podle Judelson a Michelmore, 1992)
Lactuca spp. Temperature/reaction type B. lactucaecultivar/accession Dm gene 5 oC 10 oC 15 oC 22 oC isolate (race)
L. sativaCapitan Dm11 + -* - - Avr11: CG1, SF5
+ + + + avr11: CS9, CS12Fila Dm11 + -* - - Avr11: SF5Empire Dm13 -* - - - Avr13: CS12
+ + + + avr13: CS9 UCDM14 Dm14 - - - - Avr14: CG1
+ + + + avr14: CS9, CS12
L. serriolaPIVT 1309 Dm15 +** - - - Avr15: CS12
+ + + + avr15: CS9, SF3LSE/18 Dm16 + +** +** - Avr16: CS9, SF3
+ + + + avr16: CS12LSE/57/15 Dm7 + + - - Avr7: SF5Hilde x L. serriola Dm11 + -* - - Avr11: CG1, SF5
- = incompatible reaction * = visible necrosis without sporulation+ = compatible reaction (profuse sporulation) ** = sparse sporulation
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
depozice sporklíčenítvorba primárních a sekundárních inf. strukturpenetracekolonizace infikovaných rostlinných pletivspecifické reakce na dané infekční agens
proces rozpoznání(recognition)
Hodnocení jevů:KvalitativněSemikvantitativněKvantitativně (Lebeda, 1988b)
Po kontaktu parazitické/patogenní houby s rostlinou se odehrává kaskáda jevů
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Vývoj Bremia lactucae v pletivu kompatibilní hostitelské rostliny
Infekční struktury patogenu
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Načasování fází infekce a tvorby infekčních struktur Bremia lactucae u náchylných genotypů salátu (Sargent et al., 1973)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Hodiny po inokulaci (hpi)
Stadium vývoje patogenu
0 Inokulace
1-2 Klíčení konidie
2-3 Růst klíčního vlákna a tvorba apresoria
3-4
Penetrace a vývoj primárního vezikulu
4-13 Zvětšování sekundárního vezikulu
13 a později
První dělení jader, invaze do okolních buněk a pletiv haustorii a intracelulárními hyfami
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
0%
20%
40%
60%
80%
100%
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Dny po inokulaci
Rel
ativ
ní in
tenz
ita s
poru
lace
(%)
3 týdny
4 týdny
5 týdnů
6 týdnů
Vliv stáří semenáčků Lactuca spp. na klíčení Bremia lactucae (Dickinson a Crute, 1974)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
Teplota (°C)
Klíč
ení (
%)
Vliv teploty na klíčení Bremia lactucae (Sargent, 1976)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
0123456789
0 10 20 30
Teplota (°C)
Poč
et p
enet
rací
/25
um2
W2(N)
W5
Vliv teploty na penetraci semenáčků L. sativa(cv. Avondefiance) konidiemi Bremia lactucae
(Maclean and Tommerup, 1979)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
Leaf disc
Cotyledons
Incidence of germination
GreatLakes
Iceberg
0 50 100 150
Leaf disc
Cotyledons
Length of germ tube (um)
Great LakesIceberg
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Leaf disc
Cotyledons
Incidence of appressorium formation
Great LakesIceberg
Vliv ontogenetického stáří hostitele:rozdíly v parametrech vývoje Bremia lactucae (rasa NL 15)
6 h po inokulaci (modif. podle Lebeda a Reinink, 1991)
tvorba apresoriídélka klíčních vláken
klíčení
Great Lakes = RSRIceberg = high level of FR
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Kvalitativní a kvantitativní aspekty tvorby infekčních struktur Bremia lactucae
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Diversity in formation of Bremia lactucae infection structures in L. sativa and wild Lactuca spp. genotypes representing nonhost and host-parasite interactions
and different types of resistance mechanisms resp. (compiled according to Lebeda and Reinink (1991, 1994); Lebeda et al., 2000, Lebeda et al., 2004)
Interaction Type of resistance
Lactuca spp. (cultivar/accession)
Response to B. lactucae / Sporulation
Relative frequency of occurrence and size of infection structures
(48 hpi) intensity (%)
(14 dpi)/ PV/D SV HY/L HA
Nonhost resistance L. saligna (LSA/6) – /0 1/12.3 1 0 0 Host resistance /susceptibility Race specific Cobham Green + /100 4/15.4 4 4/174 4 Dandie + /100 4/14.8 4 2/156 1 Valmaine – /0 4/12.0 1 1/18 0 L. saligna (CGN 5147) – /0 3/11.8 1 1/38 0 L. serriola (PIVT 1168) – /0 2/14.5 1 1/18 0 L. virosa (LVIR/57/1) (–) /2 3/14.9 3 1/42 1 Race nonspecific L. serriola (PI 281876) (–)/21 4/15.0 4 2/82 2 Field resistance Iceberg + /75 3/13.1 2 1/102 1
Inoculation: races CS9 and NL5; Intensity of sporulation (0-100); Relative frequency (0-4) and size ofinfection structures: PV/D = primary vesicle / diameter (μm), SV = secondary vesicle, HY / L = intercellularhyphae / length (μm ), HA = haustoria formation
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Diversity in phenotypic and microscopic plant tissue (epidermal and subepidermal cells) response to B.lactucae of L. sativa and wild Lactuca spp. genotypes representing nonhostand host-parasite interactions and different types of resistance mechanisms resp. (compiled
according to Lebeda and Reinink (1991, 1994); Lebeda et al., 2000, Lebeda et al., 2004)
Interaction Type of resistance
Lactuca spp. (cultivar/accession)
Degree of tissue response (48 hpi)
Phenotypic expression of response to B. lactucae (14 dpi)
HR NNC SEN DSEN
Nonhost resistance L. saligna (LSA/6) – 0.04 1.00 0.34 1.25 Host resistance /susceptibility Race specific Cobham Green – 0.77 1.04 0 0 Dandie – 0.06 1.00 0.10 1.00 Valmaine – 0.26 1.07 0 0 L. saligna (CGN 5147) – 0.04 2.00 0 0 L. serriola (PIVT 1168) – 0.78 1.00 0.18 1.53 L. virosa (LVIR/57/1) N, SE, SS 0.96 1.06 0.27 1.65 Race nonspecific L. serriola (PI 281876) N, SE 0.87 1.05 0.22 1.53 Field resistance Iceberg – 0.13 1.07 0 0
N = necrotic response, SE = sporulation only along the leaf dics cut surface, SS = sparse sporulation on the discsurface; HR = hypersensitive response (number of necrotic cells/infection site), NNC = mean number of necroticepidermal cells per infection site with a necrotic response, SEN = subepidermal necrosis, DSEN = degree of SEN (0-3) Inoculation: races CS9 and NL5
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Šlechtění salátu na rezistenci vůči plísni salátové (B. lactucae)
LIBUSA
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Fyziologické změny působené patogeny
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
1/ Permeabilita napadených buněk (membrány, strukturní změny BS)2/ Metabolismus vody v napadených rostlinách 3/ Minerální výživa (absorpce, transport)4/ Fotosyntéza (obsah, funkce pigmentů)5/ Respirace (zvýšená intenzita; enzymy glykolýzy)6/ Oxidativní stres (aktivní formy kyslíku, antioxidační enzymy)7/ Syntéza proteinů (PR-proteiny, enzymy) – „na úkor zásobních látek“8/ Metabolismus fenolických látek (akumulace)9/ Fytohormony (obsah a zastoupení aktivních/neaktivních forem)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Rozdíly v načasování nevratného poškození membrán (IMD) determinovaných různými geny rezistence vůči plísni salátové
(podle Mansfield et al., 1997)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Aktivní formy kyslíku
Místa vzniku: chloroplasty, mitochondrie, membrány peroxisomů, glyoxysomů, mikrozomů
Účinky - negativní: peroxidace lipidů, poškození struktury proteinů (enzymů), NK, lipidů
- pozitivní: signalizace, genová regulace
singletový kyslík (1O2), superoxid (O˙- 2), peroxid vodíku (H2O2), hydroxylový radikál (OH-)
HOSTITEL• Přímé antimikrobiální účinky• Signální molekula v regulaci aktivity genů zodpovědných za syntézu
- PR-proteinů- fenolických látek- fytoalexinů
• Zesíťování prekurzorů polyfenolických látek – lignifikace BS• HR
PATOGEN• Signalizace – rozpoznání v inkompatibilních interakcích?• Penetrace? štěpení komponent buněčné stěny, membrán
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katalasa - L. saligna CGN 05271
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0
0hai 6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96hai
Katalasa - L. serriola PIVT 1309
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0
0hai 6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96hai
Katalasa - L. virosa NVRS 10.001 602
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0
0hai 6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96hai
L. serriola PIVT1309 L. saligna CGN 05271 L. virosa NVRS 10.001502
(nkat/1g)
Katalasa - L. sativa Mariska
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0
0hai 6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96hai
Katalasa - L. serriola LSE/18
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0
0hai 6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96hai
L. sativa UCDM2 L. sativa Mariska L. serriola LSE/18
Katalasa - L. sativa UCDM 2
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0
0hai 6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96hai
Kontrola Infikovaná rostlina
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Spektrofotometrické stanovení aktivity katalasy (E.C. 1.11.1.6)
náchylný náchylný
rezistentnírezistentní
rezistentní
silně rezistentní
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Cévní svazky
Histochemická lokalizace POX
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Lokalizace v penetrované buňce
Spektrofotometrické stanovení aktivity g-POX (EC 1.11.1.7)
POX - L.sativa UCDM2
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
0 6 12 18 24 36 48 96
L. sativa UCDM2
POX - L.sativa Mariska
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
0 6 12 18 24 36 48 96
L. sativa Mariska
POX- L. virosa NVRS 10.001 602
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
0 6 12 18 24 36 48 96
L. virosa NVRS 10.001502
náchylný rezistentní silně rezistentní
Kontrola Infikovaná rostlina
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Izoenzymy SOD(E.C. 1.15.1.1)
L. virosa NVRS 10.001 602L. saligna CGN 05271
- aktivita SOD nebyla zaznamenána- superoxid nebyl histochemicky detekován- v izoenzymovém spektru nebyly pozorovány
změny po infekci B. lactucae
6hai 12hai 24hai 48hai
K i K i K i K i
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Histochemická lokalizace H2O2
Periplazmatický prostor Během penetrace patogenu Větší rozsah v pozdějších fázích
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Spektrofotometrické stanovení obsahu H2O2
c H2O2 - L.sativa UCDM2
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96haiHai
c H
2O2/
1g
L. sativa UCDM2
c H2O2 - L. sativa Mariska
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96haiHai
c H
2O2/
1g
L. sativa Mariska
c H2O2 - L. virosa H58 - 0958
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
6hai 12hai 18hai 24hai 36hai 48hai 96haiHai
c H
2O2/
1g
L. virosa NVRS 10.001502
náchylný rezistentní silně rezistentní
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
- obecně inhibitory enzymů - jejich tvorba v rostlině indukována poraněním,
infekcí- přítomny u rezistentních i náchylných genotypů,
liší se kvalitativně a kvantitativně- antibiotické účinky- strukturní polymery - zesílení buněčné stěny,
lignituber v místě penetrace- irreversible membrane damage (IMD) - autofluorescentní fenoly - de novo syntéza
během HR
Fenolické látky
Autofluorescence fenolů v infikované buňce
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Detekované látky
Lactuca spp. genotypy Reakce s NL16 Fenoly Taniny Lignin Kalóza
L. sativa Cobham Green kompatibilní -/+ - - +++ Mariska inkompatibilní +++ - - ++
L. serriola LSE/18 kompatibilní - - - +++
L. saligna CGN 05271 inkompatibilní - - - +
L. virosa NVRS 10.001 602 inkompatibilní +++* - - +
STUPNICE: - žádný signál+ slabá exprese v hostitelských buňkách ++ středně silný signál+++ silná akumulace * = reakce kromě penetrované buňky i ve 2-3 okolních
Fenolické látky – histochemická detekce
Lokalizacemísto penetrace periplazmatický prostor invaginovaná plazmalema okolo haustorií
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
MT basket
24haiL. sativaUCDM2
MT patches
48haiL. serriolaPIVT 1309
L. serriolaLSE/18
HR
48haiL. sativaMariska
Cytoskelet – imunohistochemická detekce
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Změny mikrotubulárního cytoskeletu epidermálních buněk Lactuca spp. inkompatibilních resp. kompatibilních s Bremia lactucae
vzhledem ke stadiu infekce (Sedlářová, Lebeda a Binarová, 1999)
Inkompatibilní interakce
Kompatibilní interakce
Tvorba apresoria a penetrace
- agregace MT pod apresoriem - tvorba MT „cables“ v penetrovaných buňkách
- žádné detekovatelné změny
Tvorba primárního a sekundárního vezikulu
- tvorba MT „basket“ kolem vezikulů
- tvorba MT „basket“ kolem vezikulů
Proces HR a nekróza epidermálních buněk
- tvorba „patches“ (signál ve formě lokálních shluků) - depolymerizace MT v celé buňce
- autofluorescence fenolů
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
penetrace
L. serriola PIVT 1309-12 hai-laktoglycerol-WU
HR – histochemická detekce
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
L. virosa H 58-0958-48 hai-chloralhydrát
HR – histochemická detekce
rezistentní
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
L. sativa Cobham Green
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
5.den 7.den 9.den 11.den
inte
nzita
spo
rula
ce (%
)) mT-PmT-0MeOR-PMeOR-0DMSOH2O
L.serriola LSE/18
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
5.den 7.den 9.den 11.den
inte
nzita
spo
rula
ce (%
) mT-P
mT-0
MeOR-P
MeOR-0
DMSO
H2O
L. serriola LSE/18
0
10
20
30
40
50
60
7.den 9.den 13.den
inte
nzita
spo
rula
ce (%
) mT-P
mT-0
MeOR-P
MeOR-0
DMSO
H2O
Vliv koncentrace exogenně aplikovaných cytokininůna časový průběh sporulace B. lactucae
c(CK)=10-5M c(CK)=10-4M
CG
LSE/18
mT – meta-topolinMeOR – metoxybenzylaminopurin-ribosidDMSO - dimetylsulfoxid
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
DMSO MeOR mT voda
Poc
et s
por
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
DMSO MeOR mT voda
Výn
os s
por
Vliv exogenní aplikace cytokininůna intenzitu sporulace B. lactucae
L. sativa Cobham Green L. serriola LSE/18
Výsledky Bonferoniho testu mnohonásobných porovnávání výnosu spor, 14dai
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Předpokládaný sled procesů vedoucích k obranné reakci buňky po napadení biotrofním patogenem
InfekceProdukce genotypově-specifických elicitorů - signalizace
Primární rozpoznáníAktivace odpovědi
De novo syntéza proteinů v penetrovaných buňkáchIMD a uvolňování fenolických látek
Uvolnění endogenních elicitorůAkumulace fenolů vázaných s BS
Sekundární signalizaceSekundární rozpoznání
Transkripce mRNA kontrolujících biosyntézu ligninových prekurzorů v okolních buňkáchDepozice ligninu v místě a okolí infekce
Hypersenzitivní reakce, rozpad jádraOxidativní procesy
Depozice strukturních látek zesilujících buněčné stěnyKyselina benzoová, salicylová, jasmonová, etylenPR proteiny a další proteiny spojené s obranou
LypoxygenázyFytoalexiny
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
Obranné mechanismy hostitele vyvolané infekcí patogenuje možno studovat hierarchicky na řadě úrovní
biologické organizace:
Organismus
Orgán
Pletivo
Buňka
Fyziologické procesy
Molekulární struktura
Všechny tyto úrovně se více či méně podílejí na výsledném projevu interakce, přičemž jedna úroveň projevu velmi úzce souvisí s další, vzájemně na sebe
navazují a podmiňují se.
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
PoděkováníP. Binarová (UEB AV ČR Olomouc) - cytoskelet
L. Luhová (K.biochemie PřF UP Olomouc) - AOSM. Výtisková (studentka) - CK, M. Duchoslav (KB PřF UP Olomouc) - statistika
MSM 153100010 „Stresová a patologická biologie, biochemie a bioenergetika rostlin “GAČR 522/02/D011 „Cytologické a biochemické aspekty interakcí rostlin a patogenů
(model Lactuca spp.-Bremia lactucae)“MZe ČR 75/2004 „Národní program využití genofondu mikrooganismů a drobných živočichů“
a mnoho dalších…
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Pro cestu do neznáma jsou pochybnosti a diskuse
nezbytné.Jestliže chceme vyřešit problém, jaký se nám ještě nikdy vyřešit nepodařilo, musíme ponechat dveře
do neznáma pootevřené.
(R. Feynman)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz