Mechanizmy interakcí hostitel patogen a základy šlechtění na odolnost. Ing. Lubomír Věchet, CSc

Mechanizmy interakcí hostitel – patogen a základy šlechtění na odolnost Ing. Lubomír Věchet, CSc.

VÚRV, v.v. i., 2012

Titulní list

Mechanizmy interakcí hostitel – patogen a základy šlechtění na odolnost Editor: Ing. Lubomír Věchet, CSc.

Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v. i., 2012 Oponent: Ing. Pavel Bartoš, DrSC. ISBN: 978-80-7427-072-7

Obsah ÚVOD ................................................................................................................................................................... 1  I. 

VLIV VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ ................................................................................................................. 3 

II. ÚLOHA GENŮ V ORGANIZMU.................................................................................................................. 3  1. PROCES INFEKCE BIOTROFNÍMI PATOGENY....................................................................................................... 5  2. PROCES INFEKCE NEKROTROFNÍMI A HEMIBIOTROFNÍMI PATOGENY ................................................................ 6  IV. INTERAKCE HOSTITEL – PATOGEN..................................................................................................... 7  1. MOLEKULY SPOJENÉ S PATOGENEM ................................................................................................................. 8  2. MOLEKULY SPOJENÉ S ROSTLINOU ................................................................................................................... 8  V. POZNÁVACÍ SYSTÉMY V INTERAKCI HOSTITEL - PATOGEN ..................................................... 10  VI. REZISTENCE ROSTLIN............................................................................................................................ 12  1. SPECIFICKÁ REZISTENCE ................................................................................................................................ 14  2. NESPECIFICKÁ REZISTENCE ............................................................................................................................ 15  3. ČÁSTEČNÁ REZISTENCE.................................................................................................................................. 16  4. TRVANLIVÁ REZISTENCE ................................................................................................................................ 16  5. INDUKOVANÁ REZISTENCE ............................................................................................................................. 16  5. 1. Lokální rezistence (LAR)....................................................................................................................... 17  5. 2. Systémová rezistence (SAR) .................................................................................................................. 17  5. 3. Indukovaná systémová rezistence (ISR) ................................................................................................ 18  5. 4. Indukovaná rezistence proti poranění býložravým hmyzem (WIR) ....................................................... 18  VII. MECHANIZMY REZISTENCE ............................................................................................................... 18  1. HYPERSENZITIVNÍ REAKCE............................................................................................................................. 19  2. ŘÍZENÉ ODUMÍRÁNÍ BUŇKY ........................................................................................................................... 20  VIII. OBRANNÉ MECHANIZMY ROSTLINY ............................................................................................. 20  IX. FYZIOLOGICKÉ OBRANNÉ REAKCE.................................................................................................. 22  1. AKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU .............................................................................................................................. 23  Oxidativní stres ............................................................................................................................................. 23  2. KYSELINA SALICYLOVÁ A OSTATNÍ ORGANICKÉ KYSELINY............................................................................ 25  3. OXID DUSIČNÝ ............................................................................................................................................... 25  4. ETYLÉN .......................................................................................................................................................... 26  5. KYSELINA JASMONOVÁ .................................................................................................................................. 26  6. PROTEINY VZTAHUJÍCÍ SE K PATOGENEZI ....................................................................................................... 27  7. LIPOXYGENÁZY ............................................................................................................................................. 28  8. FYTOALEXINY ................................................................................................................................................ 28  X. POPULACE PATOGENŮ ............................................................................................................................ 29  1. POPULAČNÍ GENETIKA.................................................................................................................................... 29  2. RASY PATOGENA ............................................................................................................................................ 31  3. SEXUÁLNÍ A ASEXUÁLNÍ REPRODUKCE .......................................................................................................... 31  4. MIGRACE A ADAPTACE PATOGENŮ................................................................................................................. 33  XI. ŠLECHTĚNÍ NA ODOLNOST................................................................................................................... 33  VÝZNAMOVÝ SLOVNÍK ................................................................................................................................ 37  LITERATURA .................................................................................................................................................... 43  OBRAZOVÁ ČÁST............................................................................................................................................ 55  Ilustrační obrázky ......................................................................................................................................... 60 

Úvod V úvodu je poukázáno na úlohu buňky a buněčné membrány v reakci na změny prostředí rostliny. Je popsána úloha bílkovin v obranných reakcích. Charakterizovány jsou odlišností obranných systémú rostlin a obratlovců. Jsou popsány patogenní mikroorganizmy pro rostliny a adaptace rostlin na změny vnějšího prostředí. Život na Zemi je tvořen mikrobiálními, rostlinnými a živočišnými organizmy. Mezi nimi probíhá řada antagonistických i neantagonistických vztahů. Většina organizmů ke své obživě a ke svému vývoji využívá právě antagonistický vztah. Převaha antagonistických vztahů mezi živými organizmy znamenala, že se všechny organizmy k tomu, aby přežily napadení, zejména mikroorganizmů, musely v průběhu svého vývoje vybavit obrannými systémy. Mnohobuněčné organizmy se skládají z velkého počtu buněk, které tvoří strukturální a funkční jednotky těchto organizmů. Ty jsou diferenciované a specializované. Dohromady však společně plní určitou funkci nebo několik spolu souvisejících funkcí. Mají podobnou stavbu a vzájemně se podílejí také na vytváření mezibuněčného prostředí. K tomu, aby organizmus mohl fungovat jako jeden celek, aby jednotlivé buňky nebo skupiny buněk mohly plnit svou funkci, musí být propojeny četnými regulačními mechanizmy. Ty přispívají k udržování stálosti vnitřního prostředí a umožňují reagovat na změny vnějšího i vnitřního prostředí. Na rozdíl od mnohobuněčných organizmů nemá buňka jednobuněčných organizmů (bakterie a sinice) oddělený prostor s nukleovými kyselinami (ty jsou nositelem genetické informace). Naopak mnohobuněčné organizmy mají vnitřní obsah buňky rozdělen na jádro (s deoxyribonukleovou kyselinou - DNA) a na cytoplazmu (ostatní obsah buňky). Velmi důležitou součástí buňky je buněčná membrána, která plní řadu funkcí. Jejím základem je fosfolipidové uspořádání. V této membráně jsou různě umístěny bílkoviny, z nichž některé mají charakter enzymů a zabezpečují aktivní přenos látek dovnitř buňky nebo ven. Jiné bílkoviny zajišťují pak spojení se sousedními buňkami. Některé zase fungují jako buněčné receptory, tj. přenášejí dovnitř buňky informace o kontaktu s nějakou látkou mimo buňku. Výjimkou jsou nebuněčné organizmy, viry a viroidy, které nemají vlastní metabolismus a rozmnožují se v živé buňce. Pouze rostliny jsou z větší části schopny žít a živit se z podkladu na kterém se uchytily. Rostliny musí v přírodě vzdorovat abiotickým a biotickým stresům. Obecně je možné říci, že organizmy, které jsou bez možnosti pohybu (rostliny), jsou často využívány jako zdroj potravy a úkrytu pro širokou řadu parazitů. Rostlina ochoří, když je nepřetržitě postižena nějakým příčinným agens (původce), který končí v abnormálních fyziologických procesech, jež narušují normální strukturu rostliny, růst, funkci a jiné aktivity. Nicméně vývoj choroby je spíše výjimka než pravidlo, a to v důsledku vysoce účinných, koordinovaných systémů pasivní a aktivní obrany, které se v rostlinách vyvinuly. Ty omezují hostitelskou škálu mikroorganizmů schopných způsobit chorobu. Rezistence rostliny k chorobě může být také indukována u specifických odrůd rostliny, uvnitř řady hostitelů nebo pouze v reakci ke specifickým rasám patogena. Mezi mikroorganizmy patogenní pro rostliny patří viry a fytoplasmata, bakterie a houby. Viry a fytoplasmata jsou extrémně malí původci chorob, kteří žijí a množí se uvnitř žijících buněk hostitelské rostliny. V mnoha případech narušují normální funkci buňky a způsobují širokou řadu symptomů. Nejčastěji se šíří hmyzími vektory, jako jsou například mšice nebo křísové. Bakterie jsou jednobuněčné organizmy, z nichž mnohé způsobují chorobu. Mohou se hlavně šířit z rostliny na rostlinu rozstřikem vody, infikovaným rostlinným materiálem, jako například odřezky a semeny nebo infikovanými nástroji, apod. Na rostlinách mohou také parazitovat některé nematody, které způsobují zakrslost a slabý růst kořenů a celkový pokles růstu a vitality rostlin. Existuje mnoho hub, které způsobují široký rozsah symptomů na různých částech rostlin. Většina hub tvoří spory, které mohou být šířeny větrem, vodou,

1

hmyzem nebo manipulací s rostlinami. Většina hub potřebuje k růstu, produkci spor a k infikování rostlin vlhkost a nepříliš velké teploty. Cesty, kterými jednotliví původci biotických stresů mohou napadnout rostlinu, ukazuje Obr. 1. U rostlin se vyvinuly mechanizmy, které jim umožňují vzdorovat období sucha, poranění, ale také napadení patogenními mikroorganizmy (Diaz et al., 2002). V poslední době přibývají důkazy o tom, že obranné systémy rostlin jsou přinejmenším tak komplexní jako obranné systémy obratlovců. U savců má imunitní systém schopnost vyvinout poznání specifičnosti pro každou, ne vlastní sloučeninu, která je uvnitř jejich organizmu přítomna. Na rozdíl od živočichů však rostliny nemají krevní oběhový systém, to znamená, že nemají žádné cirkulující buňky a tudíž nemohou spoléhat na specializovaný imunitní systém. A tak poznání různých patogenů musí být schopností každé buňky hostitele. Ta musí být schopna obrany, i když je tato obrana místně a systematicky mezi buňkami koordinována. Rostliny tedy nemají tak efektivní mechanizmy poznat patogenní mikroorganismy a zastavit jejich růst jako živočichové. Mají však nespecifickou paměť k patogenu, která je systémová Obr. 1. Cesty napadení rostliny patogeny. Mc Mullen & Lamey (2001); (úprava Věchet, 2006).

a může trvat několik týdnů. Nicméně rostliny vyvinuly pozoruhodné strategie k adaptaci na vnější změny s použitím řady konstitutivních (tvořící jejich součást) nebo indukčních (uměle vyvolaných) biochemických a molekulárních mechanizmů. Ty se projevují jak dlouhodobými, tak krátkodobými reakcemi k bezprostředním změnám, které na ně působí. Většina druhů hub žije saprofytickým způsobem života na mrtvém rostlinném nebo živočišném materiálu a uspokojují tak svoji potřebu organických živin. Jen malá menšina z nich má schopnost kolonizovat žijící rostliny a často způsobovat chorobu na hostiteli. Tyto patogeny našly způsoby jak negovat velmi účinný obranný mechanizmus rostliny. Patogenní mikroorganismy dovedou přizpůsobit svou infekční strategii změnám získaným z místa svého hostitele. Z toho důvodu je patogenita houby následkem vývojových mechanizmů a adaptace houby na hostitelskou rostlinu. Tato schopnost v infekčním procesu patogena zahrnuje uchycení spory, její klíčení, penetraci hostitelských pletiv, extrahování živin a nakonec sporulaci houby.

2

I. Vliv vnějšího prostředí Je uvedena charakteristika vnějšího prostředí. Z faktorů počasí jsou zmíněny teplota, vlhkost a intenzita světla. Rostliny spolu s patogeny žijí ve vnějším prostředí, které ovlivňuje i jejich vzájemné interakce. Vnější prostředí je tvořeno podmínkami prostředí a fyzikálně-chemickými podmínkami. K podmínkám prostředí patří zeměpisná šířka, nadmořská výška, oblasti pěstování, pro které jsou charakteristcké faktory počasí, jako jsou teplota, srážky, sluneční záření, vítr, apod. K fyzikálně-chemickým podmínkám patří zemědělská výroba, civilizační proměny krajiny, apod. Z faktorů počasí jsou zejména důležité teplota a vlhkost. Teplota prostředí ovlivňuje nejen intenzitu rozvoje choroby, ale i vnímavost rostlin. Například, některé geny rezistence pšenice ke rzi pšeničné působí efektivněji při nižší teplotě, jiné požadují vyšší teplotu (kolem 25°C). Mnoho patogenů potřebuje k úspěšné infekci vodu nebo ovlhčení, například povrchu listu. Spory jiných patogenů (konidie padlí travního) ale dovedou vyklíčit i na suchém povrchu, neboť mají vysoký obsah vody (až 60%). Některé patogeny, jako například braničnatka pšeničná (Mycosphaerella graminicola), potřebuje k šíření v porostu pyknosporami (asexuální rozmnožování) déšť. Kapky deště rozstřikují pyknospory do okolí. Z jiných faktorů to je například zastínění porostu ječmene jarního, se může projevit v určitých vývojových fázích vyšším napadením padlí travního Blumeria (Erysiphe) graminis f.sp. hordei (Věchet, 1989) (Obr. D). Vyšší intenzita světla totiž podporuje průběh fotosyntézy a nepřímo zvyšuje rezistenci rostlin (Aust, 1976). Vývoj patogena na hostiteli probíhá v určitém teplotním rozmezí, např. padlí travního na pšenici (Blumeria graminis f.sp. tritici), v rozmezí 0-24,5°C v konstantních podmínkách (Věchet & Kocourek, 1984). Při teplotách nad 24,5°C se vývoj padlí zastaví. Z faktorů výživy například jednostranné dusíkaté hnojení zvyšuje náchylnost rostlin k padlí travnímu.

II. Úloha genů v organizmu. Je vyzdvižena úloha genů v organizmu, popsána funkce nukleových kyselin (DNA a RNA). Je porovnán genom buňky rostliny a člověka. Rostliny, podobně jako živočichové, jsou neustále vystaveny působení škodlivých vlivů. Mezi ně patří i nesčetné patogenní organizmy. Existuje rozmanitost mechanizmů rezistence, z nichž některé jsou konstitutivní a některé induktivní (Hammond-Kosack & Jomes 1997). Často, i když ne vždy, je rezistence rostlin k chorobě určena jednotlivými, obvykle dominantními geny. U rostlin existují četné, přirozeně se vyskytující genotypově specifické rezistentní reakce k patogenům, které naznačují, že také rostliny mají poznávací systém pro ne vlastní sloučeniny (Lauge et al. 1998), podobně jako savci. Geny (vlohy), jednotky genetické informace, jsou lineárně uspořádané na chromozomu (pentlicovitý útvar v buněčném jádru), jenž je tvořen komplexem bílkovin a nukleových kyselin. Hlavní funkce nukleových kyselin spočívá v uchování a předávání genetické informace, to je obvykle do kyseliny deoxyribonukleové (DNA). Nukleové kyseliny jsou regulátory a účastníky základních procesů biosyntézy bílkovin. Působí společně s bílkovinami. Jestliže probíhá předávání genetické informace pro zabezpečení jiných procesů životní činnosti organizmů, které nejsou bezprostředně spojeny s reprodukcí (replikací) DNA, využívají se labilnější a podle struktury méně konzervativní ribonukleové kyseliny - RNA. Pro každý druh je přesně určeno množství DNA, tvořící genom buňky. Dědičná informace je tedy zakódována v molekulách DNA. Mnohé rostliny (pšenice, žito, rýže) mají daleko více DNA, než má člověk. To ale ještě neznamená, že rostliny mají více genů. Naopak, množství

3

rostlinné DNA, která nic nekóduje, je u nich daleko větší než u člověka, kde geny tvoří méně než 2% DNA. Bylo také zjištěno, že člověk má asi 30 tisíc genů, z nichž ale může vzniknout více funkčních molekul. Organizmus člověka dokáže z některých genů syntetizovat několik různých proteinů a ty mohou být dále modifikovány, například tím, že se na ně váží cukerné složky. Takto modifikované proteiny pak mají jiné funkce, než původní molekuly. Velká většina genů u rostlin však může dát vznik pouze jednomu typu funkční molekuly. Možnost využívat jeden gen ke vzniku několika typů molekul s různými funkcemi je tedy u rostlin omezena. Také patogenní mikroorganizmy mají obdobný genetický systém. U hub je například prokázáné, že virulence se dědí podle Mendelových pravidel dědičnosti, podobně jako rezistence u rostlin.

III. Proces infekce Znalost infekčního procesu patogena povede k pochopení vzniku a vývoje choroby u rostliny. Je charakterizován způsob průniku patogena do hostitelské rostliny. Je poukázáno na rozdílnost infekčního procesu biotrofních,nekrotorfních a hemibiotrofních patogenů. K tomu, aby patogen mohl uskutečnit svůj životní vývojový cyklus (Obr. 2), musí mít zdroj živin. Růst a reprodukce patogena se odehrává buď uvnitř, nebo na povrchu infikované rostliny. Například ektoparazitické houby (padlí travní) produkují všechny vegetativní a reprodukční orgány, kromě haustoria, na povrchu rostlin (Yamaoka & Takeuchi, 1999). Tím jak patogeny rostou a reprodukují se, poškozují své hostitelské rostliny. Podle způsobu jejich výživy můžeme patogeny rostlin rozdělit na biotrofní - získávají živiny z žijících buněk (příkladem je padlí travní Blumeria graminis a rzi), nekrotrofní, kteří usmrcují buňky hostitele a získávají živiny z odumřelých pletiv a hemibiotrofní. Hemibiotrofní patogeny mají zpočátku biotrofní způsob výživy, ale po krátké době přecházejí do nekrotrofní fáze, kdy usmrcují své hostitele. Příkladem je braničnatka pšeničná (Mycosphaerella graminicola), rhynchosporiová skvrnitost ječmene (Rhynchosporium secalis) a hemibiotrofní – z počátku biotrofní, ale nakonec usmrcují buňky hostitele (Obr. F). Biotrofní houbové patogeny, tak jako rzi a padlí travní, jsou obecně specialisté, to znamená, že mají úzký okruh hostitelů. Musejí se rozvíjet v závislosti na změnách v populaci jejich hostitele (Parlevliet, 1996). Biologická specializace byla použita také jako základ pro taxonomickou klasifikaci hostitelů a parazitů (Johnson, 1988) a zčásti možná tvoří část procesu koevoluce (Futyma, 1996) mezi patogenem a jeho hostitelem.

4

Obr. 2. Schéma infekčního cyklu patogena na rostlině. Deacon J. (2000); (úprava Věchet, 2005).

Někteří houboví původci chorob, jako rzi, mají obvykle dva odlišné typy hostitelských rostlin „primárního hostitele - hostitele“ a „alternativního hostitele - mezihostitele“. Například u rzi travní (Puccinia graminis, Obr. H), která napadá obilniny a trávy, je primárním hostitelem pšenice nebo různé druhy trav a mezihostitelem je dřišťál. U rzi pšeničné je mezihostitelem rod žluťucha (Thalictrum spp.). Mezihostitel rzi plevové je také dřišťál jako u rzi travní. Na mezihostitelské rostlině dochází k pohlavní fázi životního cyklu patogena. Tato fáze byla v přírodě u nás prokázána u rzi travní, u rzi pšeničné a navozena pouze experimentálně. Fytopatogenní houby, které přímo pronikají do hostitelské rostliny, nemají běžně šanci proniknout do nehostitelské rostliny. To naznačuje, že epidermální stěna buňky je vlastně první obrannou linií proti takovým houbám (Heath, 2002). Jak již bylo uvedeno, patogenní houby produkují také enzymy, například kutinázy, které jim umožňují proniknout kutin na povrchu rostlin. Patogenní bakterie nemají, na rozdíl od hub, kutinázy a mohou vstoupit do rostliny pouze skrz přirozené otvory, např. stomata nebo poranění. Některé patogeny tvoří sekundární metabolity, fytotoxiny, které mohou poškodit buňky rostliny nezvratně a bránit tak vzniku rezistence. Fytotoxiny mohou být specifické nebo hostitelsky selektivní a postihovat pouze hostitelské rostliny. Jiné mohou být nespecifické nebo neselektivní, postihující rostliny mimo řadu hostitelů patogena. Rostliny naopak tvoří chemickou obranu k ochraně proti všem druhům škůdců a stresům. Jsou to konstitutivní fytoanticipiny a fytoalexiny. Houbové patogeny jsou obecně schopny degradovat fytoalexiny, tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradace fytoalexinů z nehostitelských rostlin je velmi pomalá. Avšak existuje málo důkazů o degradaci fytoalexinů patogenními bakteriemi (Lyon, 2002). Podle Carvera et al. (1999) infekční procesy mnoha fytopatogenních hub se skládají z jednoduchých sledů událostí spojených s odlišnými stádii morfogeneze (vývoj tvaru, změna tvarových vlastností) vývoje klíčků houby. V jednoduchém významu taková stádia logicky zahrnují klíčení a formaci infekčních struktur, z kterých dojde k penetraci hostitele. 1. Proces infekce biotrofními patogeny Mezi biotické patogeny lze obecně zahrnout viry, bakterie, fytoplasmy (bezjaderné parazitické organizmy rodu Mycoplasma), houby a vyšší rostliny. Biotrofní rostlinné patogeny (z řeckého bios = život a trofein = živit se) rostou mezi buňkami hostitele a vytvářejí struktury, které jsou schopny absorbovat živiny z buňky, tzv. haustoria. Buňka hostitele je 5

poškozena, ale ne usmrcena. Růst a reprodukce těchto patogenů se odehrává uvnitř nebo na povrchu infikované rostliny. Lze říci, že se patogen vyhýbá nutnosti zabít buňky svého hostitele. Například viry jsou vždy biotrofní, protože jsou na buňkách hostitele závislé. Podle Heath (2002), přestože některé biotrofy zůstávají výhradně v rostlinných intercelulárních prostorách (intercelulární hyfy), většina z nich tvoří struktury uvnitř rostlinné buňky (haustoria). V porovnání s nekrotrofy tvoří biotrofní patogeny velmi málo extracelulárních enzymů. Biotrofní houby mají tendenci specializovat se na omezenou řadu svých hostitelů. Mohou tak odvádět živiny z hostitele, narušit jeho metabolizmus a vývoj. Klíčící spory u padlí travního na ječmeni (Blumeria graminis f.sp. hordei) tvoří primární klíček (PGT – primary germ tube) 4 hodiny po inokulaci. Při pokračování vývoje spory může PGT vstoupit do epidermální buněčné stěny, ačkoli se to vždy nezdá být nezbytné (Carver 1988; Carver & Bushnell 1983). Druhý, tzv. apresoriální klíček (AGT- appressorium germ tube), je tvořen krátce po PGT. Konec AGT se utváří do tvaru přirozeného apresoria za nějakých 10-12 hod. po infekci. Z apresoria se houba snaží porušit stěnu epidermální buňky tvorbou apresoriálního infekčního lalůčku (AIS – appresorial infection sprout). Jestliže toto selže, může být tvořen z apresoria druhý, třetí a dokonce i čtvrtý lalůček. Podle Yao et al. (1998) je lalůčkování appresoria hlavním rysem nepravidelného appresoria. Lalůčkovaná appresoria jsou pak neschopná napadnout hostitelské buňky a tudíž lalůčkování appresorií je důležitý fenomén rezistence. V reakci na pokus o proniknutí patogena ukládá rostlina sekundární metabolity zahrnující kalosu, silikon, vápník a fenolicky založené sloučeniny v papile mezi PGT a apresoriálními lalůčky (Aist & Bushnell 1991; Carver 1988). Jestliže AIS úspěšně poruší buněčnou stěnu, ta naběhne a patogen vytváří haustorium, skrz něhož houba získává výživu z rostliny. Jak se haustorium (Obr. 1) vyvíjí a tvoří prstovitě rozeklaný výběžek, který zvyšuje povrch plochy mezi stěnou houby a membránou buňky rostliny, je membrána epidermální buňky vytlačena. Z ramene apresoria na povrchu listu se tvoří prodloužené sekundární hyfy (ESH – elongated secondary hyphae), tvořící následně sporulující kolonii v kompatibilní interakci a dokončující asexuální cyklus. Během časných stádií vývoje tohoto patogena, při tvorbě klíčků, nebyly rozpoznány žádné rozdíly mezi avirulentními a virulentními izoláty. Oba izoláty ukázaly podobné procento klíčků v každém vývojovém stádiu až do 24 hod. po infekci. K rozdílům dochází po tvorbě haustoria. 2. Proces infekce nekrotrofními a hemibiotrofními patogeny Nekrotrofní patogeny mají sklon být méně specializované, než patogeny biotrofní. Tyto patogeny tvoří širokou škálu extracelulárních enzymů, které jim umožňují vstoupit do buněk rostliny prostřednictvím polymerů, jež degradují buněčnou stěnu rostliny. Mnoho těchto extracelulárních enzymů existuje jako isoenzymy. Například mikrobiální proteázy mohou degradovat proteiny buněčné stěny rostlin spojené s rezistencí. Mezi tyto enzymy patří například i celulázy (rozkládají celulózu) a pektinázy (rozkládají pektinové látky). Vysoká produkce těchto enzymů vede k odumírání rostlinných buněk. Kromě toho mají nekrotrofní patogeny také schopnost produkovat toxiny, které narušují metabolizmus hostitele a často způsobují nekrózy (odumření buňky). Rostlinné buňky hostitele odumírají kolem místa, kde patogen roste, ale celá rostlina nemusí být usmrcena. Nekrotrofní patogeny však musí soupeřit se saprofytními mikroorganizmy, aby vůbec mohly na odumřelé tkáni růst. Na přechodu mezi nekrotrofními a biotrofními patogeny jsou hemibiotrofní patogeny. Tam první část vývoje je podobná biotrofním patogenům, ale později přejde do nekrotrofní fáze. Příkladem může být neobvyklá biologie infekce a kolonizace Septoria tritici (Mycosphaerella graminicola), původce braničnatky pšeničné, která je nyní relativně dobře pochopena. Když, za podmínek vysoké vlhkosti sexuální askospory nebo asexuální pyknospory (Obr. 11), přistanou na povrchu listu hostitele, obojí vyklíčí a houba pomocí hyfy proniká list pasivně (Obr. 12) skrz otevřený průduch (Shaw, 1991). Během počáteční fáze kolonizace hostitele

6

houba roste a větví se uvnitř stomatálních dutin (Obr. 13) a v mezibuněčných prostorách mezi mezofylovými buňkami, ale netvoří žádné struktury nutné pro vlastní výživu. Během této biotrofní fáze nejsou hostitelské buňky poškozeny a nejsou patrné žádné viditelné symptomy. Zejména u náchylných odrůd pšenice, je vytvářeno velké množství biomasy houby uvnitř listu, zatímco u rezistentních odrůd se zdá být vývoj houby omezen (Kema et al., 1996; PniniCohen et al., 2000). Z důvodů, které ještě nejsou plně jasné, se toto neagresivní spojení nakonec nenávratně rozpadne a patogen nastupuje více virulentní, nekrotrofní fázi. Toto období cyklu, které probíhá ve stejnou dobu s objevením jeho pyknidových útvarů uvnitř substomatálních prostorů, vede k vývoji symptomů skvrny charakteristických pro tuto chorobu. Skutečnost, že buňky hostitele jsou napadeny bez přítomnosti mycelia, dává tušit, že v interakci pšenice - M. graminicola jsou zahrnuty rozpustné toxické sloučeniny (Kema et al., 1996). Nicméně, žádné patogenem tvořené biologicky aktivní sloučeniny nebyly izolovány (Eyal, 1999). Za optimálních podmínek se uvnitř skvrny objevují hnědě černé kulovité pyknidy za 14-21 dnů po inokulaci (Eyal & Levy, 1987). Pyknidy jsou tvořeny výlučně uvnitř stomatálních dutin a z toho důvodu se objevují v řadách souběžných s vaskulárními vlákny listu (Obr. 14).

IV. Interakce hostitel – patogen Je charakterizován význam interakcí hostitel – patogen a aktivace obranných reakcí hostitelské rostliny. Obranné reakce rostliny jsou rozděleny na časné a pozdější. Jsou zmíněny molekulární interakce rostliny a patogena.Vývoj interakcí hostitel- patogen. Je poukázáno na změnu infekční strategie patogena po získání informací z rostliny. Když rostlina a patogen přicházejí do vzájemného kontaktu, vytvářejí se mezi těmito dvěma organizmy těsné komunikace (Hammound-Kosack & Jones, 2000). Téměř každá interakce hostitel - patogen je jedinečná v jednotlivostech vzájemného kontaktu, to je v aktivaci, lokalizaci, časovém rozvržení a rozsahu obranných reakcí (Moncrieff, 2003). Aktivity patogena směřují na kolonizaci hostitele a k využití jeho zdrojů, zatímco rostliny jsou adaptovány ke zjištění přítomnosti patogenů a k reakci na antimikrobiální obranu a ostatní stresy. S jakými překážkami se patogen na své cestě k infekci hostitele může setkat, ukazuje schéma (Obr. 3), které bylo vytvořeno pro interakci Uromyces vignae a náchylného hostitele. Některé z uvedených obranných reakcí, ač diferencovaně účinné vůči patotypům, mohou být součástí výbavy, tzv. nehostitelské rezistence, k jiným patogenům téhož hostitele, např. jiné formae specialis (f.sp.). Po infekci rostliny patogenem jsou aktivovány časné lokální obranné reakce a zpožděné systémové reakce proto, aby působily proti napadení patogenem (Bülow et al, 2004). Mezi časné lokální reakce patří hypersenzitivní reakce (HR), která vede k místnímu programovanému odumření buňky rostliny, aby zbavila patogena jeho výživového základu (Greenberg, 1997; Pontier et al., 1998). Tato strategie ochrany (zejména úspěšná k biotrofním bakteriím a fytopatogenním houbám, stejně jako k virům) je založena na poznání patogena a na komunikaci buňky patogena s buňkou hostitele v tkáni přilehlé k místu infekce (Thomma et al., 2001). Později mohou rostliny vyvinout systémově získanou rezistenci (SAR), vedoucí k rezistenci v celé rostlině a v nespecifickém způsobu směrem k širokému spektru patogenů. V případě SAR je signál přenášen z infikované tkáně do celé rostliny k indukci souhrnného projevu obranného genu (Ryals et al., 1994). To ukazuje, že pro rostliny je nezbytné signální vnímání v počátečním poznání patogena a signální transdukce ke spuštění dalších obranných reakcí, aby působily proti patogenům (Nűmberger and Scheel, 2001). Zda je rostlina náchylná nebo rezistentní k infekci záleží na mnoha nepatrných interakcích mezi molekulami tvořenými rostlinou a molekulami tvořenými patogenem. Lyon (2002)

7

uvádí, že znalost příslušných molekulárních interakcí může být rozdělena do dvou skupin, založených na informaci s „patogenem spojených molekulách“ a informaci s „rostlinou spojených molekulách“. 1. Molekuly spojené s patogenem Patogeny vlastní geny avirulence, jejichž produkty souvisí se specifitou hostitele. Patogeny mohou vlastnit hrp geny (gen odpovědný za hypersenzitivní reakci a patogenitu), jejichž produkty jsou spojeny s indukcí hypersenzitivních reakcí u rostlin. Nekrotrofní patogeny produkují širokou řadu extracelulární enzymů, které jim umožňují vstoupit do rostlinných buněk prostřednictvím odbourávání polymerů buněčné stěny. Mnoho těchto extracelulárních enzymů existuje jako izoenzymy. Mikrobiální proteázy mohou degradovat proteiny buněčné stěny spojené s rezistencí. Biotrofní patogeny, ve srovnání s nekrotrofy, tvoří velmi málo extracelulárních enzymů. Patogenní houby vlastní kutinázy, které jim umožňují penetrovat kutin na povrchu rostlin. Některé patogeny tvoří fytotoxiny (zabíjejí rostlinné buňky), které koordinovaným způsobem potlačují rezistenci rostlin k infekci. Fytotoxiny mohou být specifické (působící jen na řadu hostitelů patogena) nebo mohou být nespecifické (působí na rostliny i mimo řadu hostitelů patogena). Houbové patogeny jsou obecně schopné rychle degradovat fytoalexiny, tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradace fytoalexinů z nehostitelských rostlin je velmi pomalá. Je málo důkazů o degradaci fytoalexinů bakteriemi. 2. Molekuly spojené s rostlinou Rostliny vlastní geny rezistence, které jsou specifické k patogenu a jsou obecně neefektivní proti ostatním patogenům. To naznačuje velmi specifickou signální reakci mezi produktem genu avirulence, tvořeným patogenem a produktem genu rezistence (receptorem) v rostlině. Na povrchu každé buňky rostliny bude mnoho kopií receptoru. Projev genů rezistence může být také modifikován ostatními geny rostliny. Zdá se, že produkty genu rezistence mají několik společných charakteristik, jež zahrnují oblasti membrány a leucinem bohatých opakování (ty jsou často spojeny s proteiny zahrnutými ve spojení protein/protein). Rostliny tedy obsahují proteiny, jež mají schopnost inhibovat enzymy, které odbourávají buněčnou stěnu. Schopnost rostliny poznat patogena je klíčovým problémem, který určuje, zda rostlina bude napadena, či nikoliv. Rezistence k chorobě tudíž závisí na schopnosti rostliny poznat patogena brzy v infekčním procesu a na dostupnosti účinných intercelulárních signálních systémů, které spouští rezistentní reakce. V procesu poznání jsou klíčové geny rezistence (R) rostliny. Ty kódují receptory, jež jsou schopny vzájemně reagovat se specifickými, to je odpovídajícími proteiny, pocházejícími z patogena. Interakce mezi rostlinou a patogenem se mohou vyvinout dvěma způsoby: 1. Rostlina má receptor, který reaguje s proteinem patogena. Výsledkem je rychlá obranná reakce. V takové situaci je například bakterie nazývána avirulentní pro daný genotyp rostliny (Piffanelli et al., 1999; Martin, 1999). 2. Proteiny patogenního organizmu podmiňují virulenci k danému genotypu. Rostlina je napadena patogenem, zatímco obranné mechanizmy jsou aktivovány pomaleji (Maleck a Lawton, 1998). Rostlina není vždy opatřena receptory proteinů patogenních bakterií nebo hub. V této situaci je patogen virulentní k danému genotypu rostliny a reakce rostlina-patogen je kompatibilní. V tomto případě molekuly patogena jsou nespecifickými elicitory, což jsou nespecifické látky způsobující patogenezi. Způsoby získání signálu z nespecifických elicitorů jsou ještě málo známé.

8

Hostitelská rostlina obsahuje geny rezistence. Expresí těchto genů vznikají receptory pro dané typy elicitorů. Tyto receptory reagují s elicitory. Po vzniku vazby receptor-elicitor, dochází ke spuštění obranné reakce. Molekuly, které v hostiteli indukují přítomnost patogena (receptory), se aktivují elicitory patogena a rychle vytváří vnitřní signál, jež spouští časné obranné reakce. Blumwald et al. (1998) uvádějí, že poznání mikroorganizmu buňkou rostliny záleží právě na tvorbě elicitorů patogenem. Mohou to být buď nespecifické elicitory, například fragmenty buňky houby, uvolňované během infekčního procesu, které vyvolávají obrannou reakci. Ta pomáhá minimalizovat chorobu. Nebo to naopak mohou být rasově specifické elicitory, molekuly, kterými jsou zakódovány geny avirulence (Avr) v patogenu. V obou případech s počátkem přepisu (transkripcí) genu patogeneze jsou zesíleny buněčné stěny. Potom jsou v místě penetrace patogena vytvářeny aktivní formy kyslíku, způsobující Obr. 3. Průběh infekce patogena na rostlině. Heath (2004); (úprava Schwarzbach, 2004).

odumření infikovaných buněk. Rezistence tedy zahrnuje specifické poznání napadajícího patogena dominantním nebo semi-dominantním produktem genu rezistence (R). Tento typ interakce vychází z teorie gen proti genu, kde pro každý gen, který uděluje rezistenci hostiteli, existuje odpovídající gen v patogenu, jenž odpovídá jeho virulenci. Interakce mezi (R) geny rezistence k chorobě u rostlin a jejich odpovídajících genů avirulence (Avr) jsou klíčem k určení, zda je rostlina náchylná nebo rezistentní k napadení patogenem. V rezistentních reakcích rostlin k patogenům hrají hlavní roli signály a signální transdukční kaskády. Poznání patogenem odvozených signálů, indukujících rezistenci (elicitorů), se může vyskytnout na povrchu rostlinné buňky skrz nachystané receptory. Jinak řečeno, patogen exportuje elicitor do buněčné cytoplazmy, kde jeho poznání vyžaduje určité místo. Vazba elicitoru aktivuje receptor nebo komplex receptorů a výsledek je nazýván efektor, jenž může být defosforylován (slučovat se s kyselinou fosforečnou). Následně je pak vnímaný signál transdukován prostřednictvím signální kaskády, která končí ve fyziologických reakcích, jež kulminují do rezistentní reakce. Lokalizace infekce je pak jedním z výsledků těchto obranných reakcí

9

rostliny. Poznání patogenů rostlinou je tedy zprostředkováno velkou řadou vysoce polymorfních (mnohotvárných) R genů (Dangl & Jones, 2001; Jones, 2001). Produkty těchto genů fungují při poznání přímých nebo nepřímých produktů patogenem kódovaných Avr genů (Nimchuk et al., 2001). Většina identifikovaných R genů rostliny kóduje intracelulární proteiny, které obsahují předpovězené vazební místo nukleotidu, následované řadou leucinem bohatých opakování (LRR-leucine rich repetition), na jejich konečných místech určení (Xiao et al., 2001). Studie proteinů rezistence naznačily, že vysoce proměnlivé LRR domény určují poznání Avr produktů patogena (Dodds et al., 2001; Ellis et al., 1999; Jia et al., 2000). Patogenní mikroorganizmy se přizpůsobí svojí infekční strategií změnám získaným z místa jejich hostitele. Rostliny na druhé straně mají, aby přežily, vyvinuty mechanizmy rezistence ve svém vývojovém procesu. Předpokládá se, že u patogena geny patogenity kódují proteiny sounáležitě do dvou funkčních skupin, regulační proteiny a efektory ovlivňující tvorbu proteinů. Ty prvně jmenované, regulační proteiny, regulují aktivity genů hub a proteinů, zatímco efektory ovlivńují rostlinné procesy ve prospěch patogena.

V. Poznávací systémy v interakci hostitel - patogen Charakteristika poznávacích systémů rostliny, které mohou patogena přinutit, změnit nebo zastavit jeho vývoj. Pojednává se o významu elicitorů patogena a rektorů rostliny při jejich vzájemné komunikaci. Rostliny jsou neustále konfrontovány s širokou rozmanitostí potenciálních patogenů v jejich prostředí. Nicméně vývoj choroby je spíše výjimka než pravidlo, a to následkem vysoce účinných, přirozeně koordinovaných systémů pasivní a aktivní obrany, které se v rostlinách vyvinuly. Podle Franka (1994) může každý hostitel poznat a odolávat pouze určité skupině parazitů a každý parazit (cizopasník) může růst pouze na konkrétních hostitelích. Biochemické poznávací systémy určují, které odpovídající genotypy hostitele a parazita končí v rezistenci nebo v chorobě. Poznávací systémy jsou často spojeny se všeobecným genetickým polymorfizmem v populaci hostitele a parazita (Obr. 4). Výsledkem vzájemného vztahu hostitel - patogen jsou také změny ve vývoji patogena. Některé obranné reakce hostitelské rostliny mohou patogena přinutit zastavit vývoj. Tak například u obligátních patogenů obilnin, jako jsou rzi a padlí travní, je takovým klíčovým vývojovým stádiem tvorba haustoria. Niks (1986) a Niks & Rubiales (2002) definovali tzv. pre-haustoriální rezistenci u částečné rezistence - nespecifická rezistence (Obr. 7), která je založena na vysoké rychlosti neúspěšné tvorby haustoria. Naopak post-haustoriální rezistence - specifická rezistence (tzv. hypersensitivní) je vyvolána až potom, co patogen vytvořil haustorium v buňce rostliny.

10

Obr. 4. Funkce poznávacích systémů patogena a hostitele. Michelmore & Meyers (1998); (úprava Věchet, 2006).

Rostliny používají rozsáhlou řadu signálů, které pocházejí z mikroorganizmů a z vnějšího prostředí, aby poznaly patogeny a vyvolaly obranné reakce. Poznání patogenem odvozených signálů indukujících rezistenci (elicitorů) se může vyskytnout na povrchu rostlinné buňky skrz nachystané receptory. Obranná reakce je obvykle vyvolána látkami nazývanými elicitory, které aktivují v rostlině celý obranný mechanismus. Elicitory mohou být kódovány geny avirulence patogena. Patogen exportuje elicitor do buněčné cytoplazmy, kde poznání vyžaduje specifické místo. Vazba elicitoru aktivuje receptor nebo komplex receptorů Hostitelská rostlina obsahuje geny rezistence. Expresí těchto genů vznikají receptory pro dané typy elicitorů. Tyto receptory reagují s elicitory. Po vzniku vazby receptor-elicitor dochází ke spuštění obranné reakce. Vnímaný signál je transdukován (měněn z jedné formy na jinou) prostřednictvím signální kaskády, která končí ve fyziologických reakcích kulminující do rezistentní reakce. Lokalizace infekce je jedním z výsledků těchto obranných reakcí rostliny (Cornelissen, 2000). Elicitor může být tvořen patogenem a vyvolávat reakci v hostiteli, biotického nebo abiotického původu a indukovat tak obranu hostitele k širokému sortimentu druhů patogenů. Abiotické elicitory (náleží k fyziologickým a anorganickým komponentům, tak jako těžké kovy nebo UV záření) mohou indukovat stresové reakce ve vystavených tkáních rostliny, které obstarají další bariéry k napadajícím patogenům nebo jinak zvýšují náchylnost rostliny k infekci. Elicitory jsou signální molekuly, které aktivují obrannou reakci rostlin. Jsou to látky monomerní, oligomerní nebo polymerní. Váží se na specifické receptory lokalizované obvykle na povrchu buněčných membrán. Biotické elicitory indukují fragmenty buněčné stěny uvolněné z hub a bakterií, hydrolytické enzymy rostlinného nebo patogenního původu, určité peptidy, glykoproteiny a polynenasycené mastné kyseliny. Tyto kyseliny mají například strukturní funkci v buněčné

11

membráně a jsou také nezbytné pro správnou funkci lidského organismu. Tyto elicitory indukují obranné reakce v řadě hostitelských druhů. Nespecifické elicitory jsou exogenní a jsou to látky uvolněné narušením buněčné stěny patogena nebo rostliny. Zahrnují fragmenty buněčných stěn hub a bakterií, hydrolytické enzymy, glykoproteiny, mastné kyseliny apod. Často nespecifické elicitory aktivují obecný náznak toho, že buňka byla nějakým způsobem poškozena (např. uvolnění fragmentů buněčné stěny hostitele může elicitovat obranné reakce). Specifické elicitory patří mezi exogenní elicitory. Ty jsou vylučovány patogenem. Specifické elicitory většinou navozují reakce v rostlině. Elicitiny jsou malé molekuly proteinů vylučované houbami Phytophthora a Pythium z třídy Oomycety, patřící mezi elicitory. V buňkách tabáku indukují hypersenzitivní reakci. Elicitiny jsou tzv. sterol-carrier proteiny, přenášející steroly z membrány hostitelských rostlin.

VI. Rezistence rostlin Kapitola se zabývá ochořením rostlin, vztahem rostliny a patogena, vysvětlení pojmů agresivita a virulence patogena. Projevy interakce hostitelské rostliny a patogena. Vysvětlení Florovy teorie o vztahu rostliny a patogena. Jsou charakterizovány typy interakcí hostitel – patogen. Rozdělení rezistence rostliny na specifickou, nespecifickou. Je popsána odrůdová rezistence. Vysvětlení pojmů částčná, trvanlivá a indukovaná resistence. Vzájemný vztah mezi rostlinou a jiným organizmem, při kterém má jeden prospěch z druhého, bez jeho usmrcení, můžeme označit jako parazitismus. Rostlina ochoří, když je nepřetržitě narušována nějakým agens (původcem). Tento vztah končí v abnormálních fyziologických procesech, jež narušují normální strukturu, růst, funkci a jiné aktivity rostliny. Patogen je tedy schopen způsobit chorobu hostitele nebo skupiny hostitelů. Někdy však může dojít k selhání napadení hostitele patogenem. Pro to mohou existovat tři důvody. Buď rostlina není schopna podpořit požadavky možného patogena, a tak se stává nehostitelskou. Nebo může také vytvářet strukturální bariéry, produkovat toxické sloučeniny, které omezují úspěšnost infekce. Anebo jsou směrem k patogenu rozvinuty ze strany hostitelské rostliny obranné mechanizmy a invaze patogena zůstává lokalizována. Všechny tři typy reakcí jsou označovány jako inkompatibilní (neslučitelné). U typu interakce hostitel-patogen je poškození způsobené patogenem také výsledkem obranné reakce rostliny. Tyto reakce existují v interakci avirulentní patotyp (rasa) patogena s rezistentní odrůdou. Naopak kompatibilní (slučitelné) reakce existují mezi virulentní rasou patogena a náchylnou odrůdou. Odolnost k chorobám je dědičně založená schopnost hostitelské rostliny zastavit nebo zpomalit činnost patogena, která může mít mnoho forem (Goodman et al, 1986). Rezistenci, která je kvantitativní nebo kvalitativní povahy, je třeba uvažovat ve vztahu k virulenci patogena. Van der Plank (1968) uvedl vysvětlení pojmů agresivita a virulence. Podle něho je patogenita suma schopností patogena způsobit chorobu, zhrnujíce virulenci (specifické schopnosti způsobující chorobu) a agresivitu (nespecifické schopnosti způsobující chorobu). Virulencí tedy rozumíme schopnost patogena překonávat různé specifické geny rezistence. Avšak ve fytopatologii má virulence další, více specifický význam v relaci k řadě hostitelů. Když dvě fyziologické varianty patogena způsobují na tom samém hostiteli odlišné reakce, z nichž jedna vede k chorobě a druhá ne, mohou být klasifikovány jako různé rasy patogena. Pak mluvíme o rasově-specifické rezistenci. Jedna rasa, která způsobuje chorobu, je virulentní k dané odrůdě. Druhá rasa, jež chorobu nezpůsobuje je popisována jako avirulentní. Když patogen a konkrétní rostlina přicházejí do kontaktu, ve kterém patogen nezpůsobuje normálně chorobu, vyjádřený typ rezistence je nazýván nehostitelská rezistence. Daný organizmus je pak nepatogenní k hostiteli. Rezistence se zpravidla odehrává na buněčné úrovni. Na rostlině se současně mohou odehrávat statisíce soubojů mezi patogenem a hostitelem, z nichž některé

12

mohou skončit pro patogena úspěšně, jiné neúspěšně. Celková reakce hostitele je pravděpodobně statistickým jevem s určitou pravděpodobností výsledku na úrovni jednotlivých buněk hostitele (Schwarzbach, 2004). Viditelným výsledkem vzájemného vztahu hostitelské rostliny a patogena je reakce rostliny, ale také změny ve vývoji patogena. Interakce hostitele a patogena se tedy projevuje změnami u obou antagonistů. Tento vzájemný vztah popsal Flor (1955), na základě své experimentální práce se rzí lnovou (Melampsora lini) a formuloval ji jako vztah gen proti genu. Každému genu, který řídí reakci hostitelské rostliny k patogenu, odpovídá specifický gen pro patogenitu u parazitických hub. Toto je však nejjednodušší případ. Existují složitější vztahy, než je jeden gen patogenity proti jednomu genu rezistence. Vztah gen proti genu je charakteristický pro obligátní patogeny, výrazně diferencované na fyziologické rasy. U fakultativních patogenů bývá patogenita založena polygenně, a tudíž rasy nejsou diferencovány podle jednotlivých specifických genů patogenity. Rovněž tak rezistence k těmto patogenům bývá založena polygenně. V ideálním případě na základě Florovy teorie lze říci, že: 1. Každý gen virulence patogena je účinný výhradně vůči jedinému genu rezistence hostitele a neúčinný vůči ostatním. 2. Každý gen rezistence hostitele je účinný proti všem genům virulence patogena s výjimkou jediného (komplementárního - doplňující se, zapadající do sebe). 3. Pro virulenci patogena vůči hostiteli s několika R-geny musí být parazit vybaven všemi komplementárními Avr - geny avirulence. Pokud je R gen hostitele komplementární k příslušnému genu Avr parazita, dojde k rozpoznání a následné inkompatibilní interakci. 4. Avirulence je epistatická (nadřazená) vůči virulenci patogena a rezistence je epistatická vůči náchylnosti hostitele. Rostliny jsou rezistentní k většině patogenů v jejich prostředí, protože nejsou hostitelskými rostlinami pro konkrétní patogeny. Anebo jsou hostitelskými rostlinami, ale mají geny rezistence, které jim dovolují rozpoznat specificky odlišné rasy (patotypy) patogena (Scheel, 1998). Mohou být rozlišeny dva typy rezistentní reakce: nehostitelská a hostitelská nebo tak zvaně, rasově odrůdově specifická rezistentní reakce. V obou případech biochemické procesy, zahrnuté v rezistenci k patogenu, jsou si velmi podobné (Somssich & Hahlbrock, 1998). Nejobvyklejší formou rezistence je nehostitelská rezistence, která se projevuje u každé rostliny proti stovkám možných patogenů, pro něž je konkrétní rostlina nehostitelským druhem. Taková rezistence je založena na nespecifických obranných znacích, jež jsou vyvolány u každé rostliny. Tyto rysy jsou pokládány za „základní rezistenci“ každé rostliny (Heath 1991). Typy interakcí mezi rostlinami a patogeny ukazuje Obr. 5. Jednotnou soustavu pojmů z hlediska genetiky rezistence vytvořil Van der Plank (1968) a rozdělil rezistenci na

13

Obr. 5. Interakce mezi nehostitelskými druhy rostlin a patogenem a mezi hostitelskými druhy rostlin a patogenem. Heath (2004); ( úprava Schwarzbach, 2004).

vertikální a horizontální. Vertikální rezistence je rasově specifická a je uvažována s určitou rasou nebo určitými rasami patogena. Horizontální rezistence je rasově nespecifická a je účinná proti všem rasám patogena. Odrůdová rezistence je obdobou rasově specifické rezistence, kdy jsou odolné pouze určité odrůdy (genotypy) uvnitř náchylného druhu hostitele. V některých případech je rasově nespecifická rezistence kontrolována geny specifické rezistence, pravděpodobně zahrnutými v interakcích gen proti genu (Nelson, 1978). Mnoho rostlin se stává více odolnými až v dospělosti a tato rezistence je označována jako rezistence v dospělosti. Jednou z velmi zajímavých forem rezistence je indukovaná rezistence, u které rozmanitost biotických a abiotických ošetření před infekcí může obrátit náchylnost rostliny do rezistence. Tato rezistence může být lokalizovaná na místo ošetření nebo může být systémová. 1. Specifická rezistence Jako synonymum ke specifické rezistenci se užívá kromě výrazu vertikální rezistence také rezistence diferencující (Bartoš, 1979). Tato rezistence je charakterizována existencí, jinak náchylného hostitele pouze proti specifickému parazitu. Specifická rezistence je uvažována v souvislosti s určitou rasou nebo rasami patogena. Taková specifita rezistence musí být závislá na poznání paraziticky specifických událostí (Heath, 1991) a byla známa od prvních Florových pionýrských studií se rzí lnovou. Toto poznání mohlo ovlivnit znalost vztahu gen proti genu mezi geny avirulence u parazita a geny rezistence v rostlině. Specifita parazita a hostitele vyjadřuje, že daný genotyp parazita a daný genotyp jeho hostitele fungují spolu tak, že se mezi nimi vytvoří specifický vztah (Browder & Evermeyer, 1977). Nejčastěji se specifita uvádí ze strany hostitele, který je rezistentní pouze k virulentním parazitům. Naopak náchylnost je výsledkem genotypů souvisejících s geny rezistence hostitele, které nemají geny odpovídající genům avirulence patogena. Podle Collinge & Slusarenka (1987) klasická 14

genetika ukázala, že charakter rezistence ukazující rasově-specifickou rezistenci je často, i když ne vždy, zpravidla děděn v jednoduchém Mendelově štěpném poměru a je podmíněna jednotlivými dominantními geny. Uvádíme tři zákony formulované G. J. Mendelem: 1. znaky vykazují alternativní dědičnost, přičemž jsou buď dominantní, nebo recesivní; 2. každá gameta získává jeden z každého páru faktorů přítomných v dospělém individu; 3. reprodukční buňky se kombinují náhodně. Roelfs et al. (1992) uvádějí, že specifické interakce se vyskytují, když jednotlivý izolát patogena vzájemně působí s genotypem jednotlivého hostitele. V těchto vzájemných interakcích se často vyslovují tři předpoklady, které však nemusí vždy platit. První je, že specifická rezistence je přičítána dominantním genům hostitele. Druhý předpoklad je, že dominance je úplná. Pro mnoho rezistencí ke rzi travní to ale nemusí být pravda. Třetím předpokladem je, že avirulence je dominantní. Jsou ale výjimky, kdy avirulence je recesivní. Protože rezistence odrůdy k izolátům patogena je genetického charakteru, neztrácí odrůda nikdy svoji rezistenci k tomuto nebo těmto izolátům. Může však být vázána na určité podmínky, jako je teplota, hustota inokula, intenzita světla, hladina výživy hostitele, růstová fáze hostitele, stáří tkání (např. listu). Pak může být rezistence neúčinná nebo nevyjádřená, ale rezistence genu trvá. Platí tedy, že odrůda může být rezistentní k jednomu izolátu a náchylná k jinému a opačně. Izolát může být virulentní k jedné odrůdě a avirulentní k jiné odrůdě. Rostliny mají tedy geny rezistence, které jsou specifické k patogenu a jsou obecně neefektivní proti jiným patogenům. To naznačuje velmi specifické molekulární signální reakce mezi produktem genu avirulence patogena a produktem genu rezistence (receptorem) rostliny (Lyon, 2002). Tato rezistence je kontrolována geny, které mají výrazné účinky. Většina těchto genů může být určena již ve stádiu semenáčů. Je pravděpodobné, že převážná část specifické rezistence, která je založena buď na jednom major genu, nebo na kombinaci major genů, bude dříve nebo později překonána novými adaptivními patotypy. U specifické rezistence může také existovat orgánově-specifická rezistence, která je vyjádřena tehdy, když patogen napadá pouze určitou část nebo části rostliny. Je založena na diferenciaci mezi částmi rostliny v některých komponentech základní rezistence. 2. Nespecifická rezistence Je to reakce hostitelské rostliny ke všem rasám konkrétního patogena. Vyskytuje se u všech odrůd a hostitelských druhů a je mnoho komponentních rezistencí. Je podmíněna větším, či menším množstvím minor genů. Minor geny mohou působit aditivně, to znamená, že se jejich účinek sčítá nebo multiplikativně a pak se jejich účinek násobí. Pro tento typ rezistence je charakteristická plynulá proměnlivost v generaci F2 po křížení odolného rodiče s náchylným. S touto rezistencí se však pracuje mnohem obtížněji, než se specifickou rezistencí. Fenotypový projev je totiž výrazně ovlivněn podmínkami prostředí. Jejím výrazem je pomalé napadení hostitelské rostliny patogenem. Působí proti všem patotypům nebo rasám patogena. Největší předností je její dlouhodobý účinek. Z hlediska šlechtění na polygenní rezistenci je významný údaj, jak snadno lze tento typ rezistence přenášet do potomstva. Ten je dán koeficientem heritability (dědivosti), to je vztahem dědičné a nedědičné proměnlivosti znaku (Bartoš, 1991). Avšak rezistence, která se často projevuje v dospělosti (APR - adult plant resistance) ještě nemusí být trvalá. Jak uvádějí Meinel & Unger (1998), např. ozimá pšenice Botri s APR rezistencí ke rzi plevové byla rezistentní až do roku 1981. V tomto roce byla silně napadena rasou 104E137, která byla sebrána v bývalém východním Německu (NDR). Tento příklad demonstruje, že rezistence pšenice v dospělosti může být překonána rozšiřováním patogenů (polních ras), které závisí na genetickém základu hostitele. Odolnost v dospělosti může být specifická i nespecifická. První typ rezistence se označuje často jako APR, druhý typ jako částečná rezistence.

15

3. Částečná rezistence Částečná rezistence je formou neúplné rezistence, která je charakterizovaná redukovanou rychlostí vývoje epidemie, navzdory vysokému infekčnímu typu (Parlevliet, 1975). Epidemie je zpomalena a ochořelá plocha je méně napadena, než plocha náchylného genotypu. Částečná rezistence není identická například se „slow rusting“, která zahrnuje rezistenci se středním infekčním typem. Někdy se však ztotožňuje s částečnou rezistencí. Slow rusting, vztahuje se k obilním rzím, je typ rezistence (Caldwell 1968), kdy choroba postupuje s omezenou rychlostí a končí ve středních až nízkých hladinách choroby proti všem patotypům patogena. Redukovaná rychlost vývoje epidemie je výsledkem kombinovaných vlivů, to znamená, redukce frekvence infekce, delší latentní periody a redukované rychlosti tvorby spor. Má se za to, že částečná rezistence je dána aditivním vlivem mnoha minor genů, z nichž každý má malý účinek, ale dohromady vyjadřují efektivní rezistenci. Částečná rezistence je charakteristická nestálostí k vnějším podmínkám. Její kvantitativní podstata také znamená, že přesnost v odhadu rezistence má velký význam. Příkladem tohoto typu rezistence mohou být některé odrůdy odvozené od odrůdy pšenice ozimé Mironovskaja 808 (trvalá rezistence k padlí travnímu), jako odrůdy Miras, Ramiro, Mikon, Bold. Tyto odrůdy vyjadřují v současnosti ten samý typ nízké hladiny choroby (padlí travního) v dospělosti (Meinel & Unger, 1998). 4. Trvanlivá rezistence Je rezistence, která zůstává v odrůdě efektivní za jejího všeobecného pěstování po dlouhou řadu generací nebo po dlouhé období i v příznivých vnějších podmínkách pro chorobu (Johnson 1988). 5. Indukovaná rezistence Patogenem indukovaná obrana je důležitá pro prevenci choroby a také pro rekonvalescenci rostliny ze vzniklé choroby. Indukovaná rezistence (Obr. 6) je, podle van Lyon & Newton (1997), fyziologický stav vytvořený specifickými vnějšími stimuly, který znamená zvýšenou obranyschopnost rostliny. Následnými biotickými změnami jsou zesíleny vrozené obranné mechanizmy rostliny. Tento stav zvýšené rezistence je účinný proti široké řadě patogenů, včetně hub, bakterií, virů, nematod, parazitických rostlin a dokonce i proti býložravému hmyzu (Benhamou & Nicole, 1999, Kesler & Baldwin, 2002; McDowell & Dangl, 2000; Walling, 2000). Rostliny mají několik mechanizmů rezistence na základě indukovaných podnětů, které můžeme dělit na rezistenci místní (lokální) a systémovou. Lokální rezistence zahrnuje strukturální změny, jako utváření papily, tylós a abscise (oddělení) zón. Nekrotické změny začínají uvolněním protonů a draslíkových iontů z buňky a vrcholí v oxidační destrukci obsahů buňky lipidovými hydroperoxidázami a reaktivními druhy kyslíku. Tento typ rezistence dále zahrnuje toxické změny, to znamená akumulaci fytoalexinů, syntézu fenolových sloučenin a jejich následnou oxidaci do chinonových sloučenin polyfenolovou oxidázou a peroxidázou.

16

Obr. 6. Signály mezi patogenem a rostlinou při různých typech rezistence. Lyon & Newton (1997); (úprava Věchet, 2006).

Systémová rezistence zahrnuje akumulaci antimikrobiálních sloučenin v části rostliny, vzdálené od místa infekce. Existují čtyři hlavní třídy sloučenin, které mohou akumulovat hydrolázy: k patogenezi vztažené proteiny (PR-proteiny), defensiny (Broekaert et al., 1995), inhibitory proteináz (Schaller & Ryan, 1996) a komponenty buněčné stěny, zvláště hydroxyprolinem bohaté glykoproteiny (HRGP) (Agrios, 1998), dále pak lignin (zpevňující polymer v rostlinách) a jeho prekurzory (Sticher et al., 1997). Podle van Loon et al.(2006) jsou známy čtyři typy indukované rezistence: A) Lokálně získaná rezistence (LAR - local acquired resistance) B) Systémově získaná rezistence (SAR - systemic acquired resistance) C) Indukovaná systémová rezistence (ISR - induced systemic resistance) D) Indukovaná rezistence proti poranění býložravým hmyzem (WIR - wound-induced resistance) Indukovaná rezistence je často přirovnávána k imunitnímu systému u zvířat, ačkoliv to není přesně správné. Tak zvaná „imunní reakce rostliny“ se jeví mnohem více jako vrozená imunní reakce zvířat, než adaptivní reakce, ve které rostlina nevyvíjí specifickou rezistenci k patogenu, ale spíše vyvíjí široké spektrum rezistence k několika patogenům (Sticher et al., 1997). 5. 1. Lokální rezistence (LAR) Rezistence zahrnuje akumulaci antimikrobiálních sloučenin v části rostliny, vzdálené od místa infekce. (Agrios, 1997). Může to být jednoduše systémově získaná rezistence v krátké vzdálenosti (Sticher et al., 1997), ale přinejmenším část mechanizmu může být odlišná. V místě kontaktu mezi patogenem a rostlinou jsou elicitory patogena schopny vzájemně reagovat s receptory rostliny. Jsou to například leucinem bohaté reprodukované proteiny (Jones & Jenes, 1997), které nebyly nalezeny v živočišných buňkách (Alberts et al., 1994). Samotné transdukční dráhy ještě nebyly vysvětleny, ale možná vyžadují tvorbu Ca2+ (Mehdy, 1994) nebo proteinkinázy (Jones & Jenes, 1997), anebo je iniciována tvorba peroxidu vodíku (Mehdy, 1994). Peroxid vodíku zabíjí buňky a bylo zjištěno, že indukuje syntézu kyseliny salicylové (Leon et al., 1998). Jestliže je kyselina salicylová produkována v dostačujících koncentracích, může být schopna indukovat lokálně získanou rezistenci v okolních živých tkáních bez potřeby skutečného systémového signálu zahrnutého v SAR. Z toho důvodu hypersenzitivní reakce vede k lokálně získané rezistenci, která sama iniciuje systémově získanou rezistenci. 5. 2. Systémová rezistence (SAR) Je vyjádřená v rostlině jako úplná v reakci k napadení patogenem (Ryals et al., 1994). SAR je rezistence tkání rostliny vzdálených od místa pokusu k penetraci patogena. SAR vyžaduje signální molekulu kyseliny salicylové (SA) a je spojena s akumulací k patogenezi vztažených proteinů (Durrant & Dong, 2004). Může být spuštěna vystavením rostliny virulentním, 17

avirulentním a nepatogenním mikrobům nebo uměle chemikáliemi, tak jako jsou kyselina salicylová, 2,6-dichloro-isonicotinová kyselina nebo S-metylester kyseliny 1, 2, 3benzotiazolové, BTH (benzothiadiazol). Tato rezistence je cílená k širokému spektru potenciálních patogenů, a ne pouze k jednomu patogenu, který tuto reakci inicioval (Sticher et al., 1997). Hlavní složkou SAR je akumulace PR proteinů (pojmenované jako SAR proteiny, protože se PR proteiny také akumulují při HR – hypersenzitivní reakci), která vyžaduje signální molekuly kyseliny salicylové ve všech částech rostliny (Cameron et al., 1994). Často je však jako komponent SAR ignorována lignifikace. Například u okurky je SAR vyjádřena HR v tkáních, spíše než nekrózy po napadení patogenem (Durrant & Dong, 2004). Narušení schopnosti rostliny akumulovat kyselinu salicylovou končí většinou ve ztrátě projevu k patogenezi vztažených genů a oslabení reakce SAR, a to zejména, když jsou pro indukci použity patogeny (Lawton et al., 1995). PR proteiny se akumulují v obou, jednoděložných a dvouděložných rostlinách a ukázaly antimikrobiální aktivitu. K vytvoření SAR se experimentálně používají prostředky (induktory) chemického a biologického původu (Věchet et al., 2009). Biotické elicitory zahrnují odlišné chemické skupiny (polysacharidy, lipidy, proteiny a skupiny mezi nimi) a jsou aktivní na různé hostitelské rostliny proti různým patogenům (Lyon et al., 1995; Benhamou & Picard, 1999; Aziz et al., 2003). Mezi biotické induktory můžeme zařadit například extrakty z různých rostlin, jako je dubová kůra, křídlatka sachalinská, kurkuma, zázvor a podobně. Chemické induktory rezistence rostlin, například benzothiadiazol a kyselina salicylová, mají zcela odlišný způsob působení ve srovnání s fungicidy a pesticidy. Tyto prostředky dovedou snížit závažnost choroby, například padlí travního (Blumeria graminis f.sp. tritici) na pšenici, až o 50% oproti neošetřené kontrole. 5. 3. Indukovaná systémová rezistence (ISR) Růst rostliny podporují rhizobakterie (Pseudomonas fluorescens), které vyvolávají reakci nezpůsobující nekrózy (Sticher et al., 1997). Peroxid kyseliny salicylové je mobilní signální dráha, která může fungovat v LAR, ale nemůže se vyskytnout v ISR. Kromě toho, ale ne vždy, rezistence koreluje s produkcí PR-proteinů (Pieterse et al., 2000), a to také indukuje rezistenci k hmyzu. Funkce je obvykle spojena s dráhou kyseliny jasmonové, vedoucí k defenzinům a inhibitorům proteáz. Zdá se, že ISR je odlišná od SAR a může být částí SAR indukované rezistence. 5. 4. Indukovaná rezistence proti poranění býložravým hmyzem (WIR) Napadení rostlin hmyzem vede k systémovému projevu inhibitorů proteinázy, které redukují aktivitu enzymů býložravého hmyzu (Sticher et a., 1997). Jsou známy tři signály, které v tomto systému působí. Je to opět kyselina jasmonová, systemin a oligogalakturonidy odvozené od degradovaného pektinu (Ryan, 1992).

VII. Mechanizmy rezistence Pojednává se o hypersenzitivní reakci rostliny po napadení biotrofním, hemibiotrofním a nekrotrofním patogenem. Řízené odumírání buňky. Florova hypotéza gen proti genu byla potvrzena v minulém desetiletí klonováním nových, asi deseti genů rezistence a genů avirulence a v hlubokých analýzách několika inkompatibilních, rezistenci vyvolávajících interakcích rostlina – patogen. Bogdanove (2002) uvádí, že nedávné objevy interakce protein – protein se ukázaly jako klíč vzájemné výměny mezi rostlinami a patogeny, které nakonec definují úspěch buď pro rostliny (rezistence) nebo pro patogeny (choroba).

18

Rostliny obsahují mnoho důležitých znaků, které jsou potenciálně obranné. Ty tvoří jejich součást a jsou schopny indukce. Existuje řada produktů patogena, právě tak jako komponentů rostlin, které budou způsobovat obranné reakce, když jsou aplikovány exogenně (Ebel & Cosio, 1994). Podle Heath (1997), pokud zůstávají rostliny živé, jsou zdrojem potravy pro málo mikroorganizmů. Hlavním zdrojem potravy pro mikroby jsou až v okamžiku, kdy odumřou. Toto poznání naznačuje, že živé rostliny mají antimikrobiální znaky, které odumřelé rostliny nebo jejich části postrádají. A tak úspěšné patogeny, nejčastěji houbové, uplatňují takovou strategii, jako je rychlé usmrcení buněk rostliny k omezení stupně, ve kterém mohou být obranné mechanizmy rostliny indukovány. 1. Hypersenzitivní reakce Ve spojení s rasově-specifickou a nehostitelskou rezistencí se často vyskytuje hypersenzitivní reakce (HR). Tyto inkompatibilní reakce jsou často spojeny s objevením nekrotických skvrn, které obsahují odumřelé buňky rostliny v místech pokusu o napadení patogenem. Klasicky je hypersenzitivní reakce definována jako smrt buněk hostitele v několika hodinách po kontaktu s patogenem (Agrios, 1988). Tato reakce však může být fenotypicky odlišná v rozmezí od hypersenzitivní reakce jediné buňky k rozšiřující se nekrotické ploše, doprovázející omezenou kolonizaci patogena (Holub et al., 1994). HR je spojená s nekrózami rostlinných buněk během nebo po vývoji haustoria a zástavou nebo redukcí následného růstu kolonie patogena. To je tak zvaná, rezistence posthaustoriálního typu (Rubiales et al., 1998). Aktivace HR je závislá na specifickém poznání avirulentního patogena hostitelskou rostlinou a v omezené aktivaci programově odumřelé buňky (Malcuit et al., 1999). Objevení HR může být závislé na prostředí a její projev může být zvláště zmenšen při vysoké vlhkosti (Klement, 1982; Hammond-Kosack & Jones., 1996). Termín HR popisuje a naznačuje reakce větší rychlosti a intenzity v inkompatibilní interakci, než reakce pozorované v kompatibilních interakcích, kde konečné hladiny poškození rostliny způsobené patogenem jsou mnohem větší (Collinge & Slusarenko, 1987). HR může být nejlépe popsána jako rychle lokalizované nekrózy, spojené s omezeným šířením patogena. Buňky rostliny odumírají koordinovaným způsobem, který je spojen s charakteristikou souboru změn v projevu genu rezistence (Collinge et al., 1987; Davidson et al., 1987). Organizované odumírání buňky může řídit projev genu v okolních zdravých buňkách. V interakcích s rostlinnými viry nekončí hypersenzitivní reakce vždy v inaktivaci patogena. Například virus se může šířit mimo nekrotickou skvrnu. V protikladu s tím se lokalizace viru může vyskytnout bez přítomnosti nějakých viditelných symptomů (Cooper & Jones, 1983). HR má kausální úlohu v rezistenci (Heat, 1980). V interakcích s obligátními biotrofními patogeny, které tvoří haustoria s hostitelskými buňkami, rostlinná buňka odumírá, aby zbavila patogena přístupu k dalším živinám. V interakcích, které zahrnují hemibiotrofní a nekrotrofní patogeny, je úloha HR méně jasná, protože tyto patogeny mohou získat živiny z odumřelých buněk rostlin. HR může způsobit zastavení patogena, ale může se také vyskytnout jako důsledek aktivace jiných obranných reakcí. Je možné, že všechny R geny iniciují reakce, které končí v HR, ale některé reakce mohou zabránit chorobě tak efektivně, že smrt buňky již není aktivována. Hypersensitivní odumírání buňky je obecně kontrolováno přímými nebo nepřímými interakcemi mezi produkty avirulentního genu patogena a produkty genů rezistence rostliny. Může končit v mnohočetných signálních drahách. Neustálá proměna iontů a tvorba reaktivních druhů kyslíku obecně předchází odumření buňky, ale také se přímo účastní pozdějších událostí tak, aby se pozměnily v kombinaci rostlina-patogen (Heath, 2000). Nekrotické skvrny u obligátních patogenů mohou být zcela bez zjevných známek patogena, neboť je jeho přítomnost pouze částečná, jak je vidět na následujícím obrázku (Obr. 8. Obrázky, které nejsou v textu, jsou zvláštních stránkách).

19

Na počátku hypersenzitivní reakce (Delledonne et al., 2001) je produkce super-oxidu (O2-) a akumulace peroxidu vodíku (H202) v oxidativním propuknutí (výbuchu), připomínající reaktivní kyslík (ROIs) u aktivovaných makrofágů (fagocytující buňka usazená v tkáni). Aktivace oxidativního propuknutí v hypersenzitivní reakci rostliny je částí vysoce zesíleného a integrovaného systému. Ten také zahrnuje kyselinu salicylovou a perturbaci (porucha, rušení) a tvorbu cytosolického Ca2+ (rozpuštěného v cytoplazmě) ke spuštění obranných mechanizmů (Lamb & Dixon, 1997) a k založení systémové imunity (Alvarez et al., 1998). Oxidativní propuknutí je nezbytné, ale ne dostatečné ke spuštění odumření hostitelské buňky. Nedávné údaje naznačují, že také oxid dusičný (NO) kooperuje s ROIs v aktivaci hypersenzitivního odumření buňky. NO a ROIs pravděpodobně takto vzájemně reagují také v přirozeném imunitním systému savců. Hypersensitivní reakce rostlin, rezistentních k mikrobiálním patogenům, zahrnuje komplexní formu programovaného odumření buňky PCD – programmed cell death, která se odlišuje od vývojového DCD – developmental cell death, v jeho důsledném spojení s indukcí lokálních a systémových obranných reakcí. 2. Řízené odumírání buňky Programované odumírání buněk (PCD) je záměrná „sebevražda“ nechtěných buněk v mnohobuněčném organizmu. Vzniká jako následek vážného poranění tkáně a vyvolává zánětlivou reakci u živočichů. Je provedeno regulovaným procesem a vykonává základní funkce během vývoje tkání rostlin a živočichů. Jednou jeho formou je apoptóza – řízená buněčná smrt, která je v současné době velmi sledovaným procesem. Její výzkum je důležitý pro řadu biologických oborů, ať se již jedná o studium apoptózy samotné nebo dějů apoptózou končících. Apoptóza je vlastně pevně regulovaný, selektivní proces pro odstranění přebytečných, starých, poškozených a infikovaných buněk. U nekróz se během časných stádií buňka a její organely (jako mitochondrie) zduřují a narušují membrány plazmy. Buněčný obsah pak vytéká a nakonec dochází k rozkladu buňky. Apoptické buňky jsou charakterizovány ztrátou buněčné membrány, fospolipidovou asymetrií, kondenzací chromatinu a redukcí velikosti buněčného jádra. Nedávné farmakologické a molekulární studie poskytly funkční důkaz pro zachování některých základních regulačních mechanizmů zásadní reakce k patogenu a aktivaci PCD v živočišných a rostlinných systémech. U živočichů mitochondrie začleňují odlišné buněčné stresové signály a iniciují provedení dráhy odumírání buněk. Další studie naznačují podobnou účast pro mitochnondrie v regulaci PCD u rostlin.

VIII. Obranné mechanizmy rostliny Je popsán význam fyzikálních a chemických bariér v obranném systému rostliny. Z fyzikálních bariér rostliny to jsou kutikula, průduchy, stomata a stěny buńky. Z chemických bariér to jsou fytoalexiny, fenoly, chinony, laktony, kyanogenní glykosidy, saponiny, terpeny, stilbeny a taniny. Kvantitativní cytologické záznamy inkompatibilních reakcí odhalily údajné obranné reakce buňky hostitele, které zastavují vývoj houby v odlišných stádiích (Kita et al., 1981; Koga et al., 1988). Ochrana od počáteční invaze patogenů je dosažena pomocí pasivní obrany, jako jsou fyzikální anebo chemické bariéry. Fyzikální bariéry převážně zahrnují vlastnosti povrchu rostliny. Jsou to kutikula, stomata a stěny buňky. Patogeny vytvářejí řadu enzymů, například kutin, které jsou často rozhodující pro úspěšnou penetraci tkáně rostliny. Podle Lyon (2002) nekrotrofní patogeny tvoří širokou škálu extracelulárních enzymů, které jim umožňují vstoupit do buněk rostliny pomocí

20

degradování polymerů buněčné stěny rostliny. Mnoho těchto extracelulárních enzymů existuje jako isoenzymy. Naproti tomu biotrofní patogeny tvoří, ve srovnání s nekrotrofy, velmi málo extracelulárních enzymů. Mikrobiální proteázy mohou degradovat proteiny buněčné stěny rostlin, spojené s rezistencí. Síla kutikuly, přítomnost sekundární buněčné stěny a velikost stomatických průduchů, může plně ovlivnit úspěch napadení hostitele patogenem. Některé rostliny jsou vybaveny velmi silnými buněčnými stěnami anebo kutikulou a kůrou (tam, kde je přítomna). Ty mohou poskytnout fyzikální překážku k infekci patogenem. Také vertikální orientace listů může přispět k rezistenci, a to zabráněním tvorby vlhkostního filmu povrchu listu hostitele, zejména u patogenů, kde klíčení je závislé na přítomnosti vody. Chemické bariéry zahrnují sloučeniny, jako například konstitutivní fytoalexiny, které jsou syntetizovány rostlinou konstantní rychlostí, a tudíž vždy přítomné v tkáních rostliny. Naproti tomu ostatní fytoalexiny jsou tvořeny pouze v reakci na stimuly, jako je invaze patogena. Odlišnost mezi nimi záleží na tom, kdy jsou tvořeny – buď před anebo po infekci. Fytoalexiny mají obecně antimikrobiální aktivitu. Houbové patogeny jsou obecně schopny degradovat fytoalexiny, tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradace fytoalexinů u nehostitelských rostlin je velmi pomalá. Existuje málo důkazů degradace fytoalexinů bakteriemi (Lyon, 2002). Fenoly a chinony jsou dvě skupiny antimikrobiálních komponentů, tvořených některými rostlinami. Inhibiční sloučeniny mohou být vyměšovány do vnějšího prostředí, akumulovány v odumřelých buňkách nebo izolovány do vakuol v inaktivní formě. Dalšími sloučeninami, tvořenými rostlinou ve spojitosti s rezistencí k patogenu, jsou laktony, kyanogenní (schopné tvořit kyanidové sloučeniny) glykosidy, saponiny, terpeny, stilbeny (organická sloučenina) a taniny. Saponiny jsou skupinou fytoanticipinů, které ničí soudržnost membrány u patogenů citlivých k saponinům a jsou uchovávány v inaktivní formě ve vakuolách rostlinné buňky. Stávají se aktivními, když jsou uvolněny hydrolázy enzymů po poranění nebo infekci. Na druhé straně některé patogeny jsou schopny uvolňovat enzymy, které detoxikují rostlinné saponiny a vytvářejí je intenzivně ke svému způsobu obrany. Rezistence některých rostlin ke specifickým patogenům je tedy výsledkem intenzity produkce hostitelsky specifických toxinů, tvořených patogenem. Avšak geny rezistence mohou kódovat enzym, který přeměňuje toxin na netoxický derivát nebo absenci receptoru k toxinu. Další skupinou obranných sloučenin jsou rostlinné defensiny, které narušují výživu patogena a zpomalují jejich vývoj. Aby mikroorganizmus dosáhl rostlinné buňky, musí překonat kutikulu rostliny anebo buněčnou stěnu, i když se penetrace může někdy vyskytnout skrz poranění nebo, například průduchem. Zpevnění buněčné stěny může zvýšit rezistenci různými způsoby. Pro extracelulární biotrofy, jako Pseudomonas syringae (Obr. G) okrouhlá skvrnitost čiroku, nebo Cladosporium fulvum (Obr. B) čerň na rajčatech, brání neprodyšné uzavření stěny v propouštění cytoplasmatických obsahů buňky a tím redukuje výživovou dostupnost pro patogeny. Pro nekrotrofy, tak jako Botrytis cinerea, který spoléhá na hydrolýzu buněčné stěny před růstem hyfy, může být zpomalováno pronikání toxinů a enzymů k vnímavé buňce rostliny. Kromě toho, nízká molekulová váha fenolických prekurzorů ligninu a volných radikálů, tvořených během polymerizačních reakcí v buněčné stěně, může ovlivnit plasticitu membrány patogena nebo inaktivovat enzymy, toxiny nebo elicitory. Na druhé straně hyfy patogena mohou také lignifikovat buněčnou stěnu (Mauch-Mani & Slusarenko, 1996). Mikroby produkují četné kutinázy a enzymy, jako jsou pektinázy, celulázy, xylanázy a polygalacturonázy, které napadají různé polymery buněčné stěny a hydrolyzují stěnu buňky. Jeden typ zpevnění buňky, který se vyskytuje velice rychle v reakci na invazi houby je tvorba papily. Papily se často tvoří okamžitě pod penetračním klíčkem patogena a jsou heterogenní ve skladbě. Je však také možné, že jejich tvorba je požadována proto, aby se poskytla adekvátní podpora následnému vývoji haustoria, což může být nezbytné pro patogenezi

21

(Heath, 1980). Lyngkjaer et al. (1994) zjistili, že spory avirulentního izolátu padlí travního (Blumeria graminis f.sp. hordei), které selhaly v penetraci, odumřely po udělání druhého nebo třetího apresoriálního lalůčku. Mlo-rezistentní ječmen reagoval na pokusy padlí travního proniknout tvorbou rozsáhlé papily pod apresoriálními lalůčky houby. Když však byl ječmen inokulován Mlo-virulentním izolátem a spory uspěly v penetraci, pak buňky rostliny (dlouhé i krátké epidermální buňky) pod apresoriem patogena neukázaly žádnou nebo velmi malou cytoplasmatickou aktivitu a tvorbu papily. Lignin je složitý polymer, který je nedílnou složkou sekundárních buněčných stěn cévnatých rostlin. Zvýšená lignifikace buněčné stěny byla pozorována u množství druhů rostlin po kontaktu různými fytopatogenními houbami, viry, nematodami a ošetření elicitory (Bell, 1981; Friend, 1985; Vance et al., 1980). Lignifikace se zdá být významnou stavební ochranou, například u trav. Byla také spojena s hypersenzitivní reakcí odrůd pšenice k Puccinia graminis f.sp. tritici (Beardmore et al., 1983). Významnou strukturální úlohu, pravděpodobně tvorbu vzájemně propojené sítě, doplňující celulózovou síť, hraje extensin, hydroxyprolinem bohatý glykoprotein. Je také několik zpráv o zvyšování obsahu hydroxyprolinu v poraněných nebo patogenem inokulovaných tkáních francouzské fazole, okurky, melounu, rajských jablíček, tabáku, pšenice, ječmene a rýže. V reakci na fyzické a chemické stresy se hromadí v buňkách také kalóza a β-1,3-glukan.

IX. Fyziologické obranné reakce Metabolické změny v rezistenci rostlin. Reaktivní formy kyslíku, oxidativní stres. Stresový faktor a narušení buněčných struktur a funkcí, mobilizace konpenzačních mechanizmů. Produkce aktivních kyslíkových druhů. Význam kyseliny salicylové a ostatních organických kyselin. Úloha oxidu dusičného v indukované obraně rostliny. Signální úloha etylénu. Proteiny vztažené k patogenezi. Aktivita enzymu lipoxigenázy. Rostliny jsou v průběhu svého života vystaveny řadě stresových faktorů (biotické, abiotické), které mohou zpomalovat nejen jejich životní funkce, ale poškozovat jednotlivé orgány anebo vést až k uhynutí rostliny. Interakce mezi rostlinami a patogeny indukují řadu obranných reakcí rostliny (Hammond-Kosak & Jones, 1996). Metabolické změny v požadované rezistenci zahrnují: zpevnění stěny buňky, stimulaci druhotných metabolických drah, které ustupují molekulárním sloučeninám s antibiotickou aktivitou a obranné regulátory, tak jako kyselina salicylová, etylén a metabolity, odvozené od tuků (Fritig & Heitz., 1998; Hahn, 1996). Nejčasnější reakce rostlinných buněk zahrnují změny v prostupnosti membrány plazmy, vedoucí k přívalu vápníku, draslíku a výtoku chloridu, který následně indukuje extracelulární produkci přechodného reaktivního kyslíku, peroxidu vodíku a hydroxylových volných radikálů (McDowell & Dangl, 2000). Produkce signálních sloučenin, jako přechodného reaktivního kyslíku (ROIs), kyseliny salicylové (SA), oxidu dusičného (NO), etylénu (ETH) a kyseliny jasmonové (jasmonic acid-JA), způsobuje aktivaci mnoha reakcí. Je indukována syntéza antimikrobiálních peptidů, fenolů, flavonoidů a jiných fytoalexinových sloučenin a jsou aktivovány reakce ke zpevnění buněčné stěny (Wan et al., 2002). Krátkodobé změny v propustnosti membrány buněčné plazmy se zdají být běžné na začátku události v obranném signalizování. Po poznání patogena se objevují iontové kanály umístěné v membráně plazmy, aby zvýšily neustálou výměnu iontů skrz plazmu a aktivovaly obranné reakce. Např. dva K+ kanály a elicitor-vnímavý Ca2+ kanál v membráně plazmy ukázaly, že jsou regulovány ošetřením souvisejícím s obranou (Vermooij et al., 1995).

22

1. Aktivní formy kyslíku Jednou z nejčasnějších obranných reakcí aktivovaných v tkáních rostlin v reakci k napadení patogenem je akumulace reaktivních (nebo aktivních) druhů kyslíku (ROS) (Bolwell et al., 1995; Bowell, 1999; Apel & Hirr, 2004), které zahrnují peroxidový radikál (O2-), peroxid vodíku (H2O2) a hydroxylový radikál (OH*). Podle Hammond-Kosack & Jones (1996) produkce aktivních forem kyslíku (AOS - active oxygen species), označovaný jako oxidativní propuknutí, pravděpodobně hraje klíčovou úlohu v obraně rostliny. Jde o rychlý, přechodný nárůst extra mitochondriální spotřeby kyslíku, která je u organizmů doprovázena produkcí reaktivních sloučenin (superoxidu, peroxidu, hydroxylových radikálů). Je to často první reakce aktivovaná v mnoha inkompatibilních interakcích rostlina-patogen, která může být spouštěčem, jež iniciuje HR. Oxidativní stres je vlastně stav, kdy v buňce dojde k narušení redoxní rovnováhy přímou produkcí reaktivních forem kyslíku (ROS), nebo inhibicí antioxidačních látek. Jeho důsledkem je poškození důležitých makromolekul (proteiny, lipidy, DNA), což vede k narušení fyziologie buňky, k apoptóze nebo nekróze buněk, rozvoji nádorů a k řadě dalších onemocnění. Některé látky, ze skupiny environmentálních polutantů (chinony, peroxidy apod.), mohou být induktory oxidativního stresu v buněčných systémech různých skupin organismů. Oxidativní stres Podle Hudcovské (2002) je problematika stresu u rostlin složitější než u živočichů. Je to dáno nejen jejich přisedlým (nepohyblivým) způsobem života, který neumožňuje únik před působením stresorů (nepříznivé působení jednotlivých faktorů prostředí), ale také tím, že u rostlin je mnohem větší mezidruhová variabilita i heterogenita vnitřního prostředí (buněk, pletiv). Výzkum vztahů mezi vnějším prostředím a stresem v rostlinách začíná studiem přenosu podnětů vyvolávající stres na rozhraní orgánů rostliny s vnějším prostředím a dále pak přenosem signálů uvnitř rostliny. Stresové faktory, ať už fyzikálně-chemické nebo biologické, mohou pronikat do vnitřního prostředí rostlin různých druhů nestejně snadno, a to v důsledku různě vyvinutých ochranných struktur. Bezprostředně po začátku působení stresového faktoru dochází k narušení buněčných struktur a funkcí. Pokud intenzita působení stresoru nepřekročí letální úroveň, dochází k mobilizaci kompenzačních mechanizmů, které směřují ke zvýšení odolnosti rostliny vůči působícím faktorům. Ne vždy toto zvýšení má trvalý charakter. Při dlouhodobém a intenzivním působení stresového faktoru může být vystřídáno dalším poklesem. Působení stresorů však může, na druhé straně, podmiňovat průběh důležitých morfogenetických procesů, např. klíčení či tvorbu květních orgánů, a tím zvýšit reprodukční schopnosti. Většina biologických systémů produkuje reaktivní kyslíkové radikály. Buňky mají vyvinuté enzymatické a neenzymatické systémy pro tvorbu kyslíkových radikálů a mechanismy pro opravu poškození. Pokud převládá proces obnovy ROS, vzniká oxidativní stres buněk. Stresové reakce rostlin jsou neodmyslitelně spojeny se zvýšenou tvorbou aktivních forem kyslíku (singletní kyslík, superoxidový radikál, hydroxylový radikál a peroxid vodíku), ale současně i se zvýšením potenciálu pro jejich odstraňování. Mechanismus jejich vzniku i způsob odstraňování je různý. Také úloha těchto látek v rostlinách je značně rozmanitá a do jisté míry rozporná. Jednak vznikají jako nebezpečné produkty při působení řady stresových faktorů, jednak mohou mít kladnou úlohu jako signály či ochranné látky při některých typech stresů, a proto je důležité udržovat jejich koncentraci na určité úrovni. Na rozdíl od leukocytů savců je hlavním produktem u rostlin peroxid vodíku a ne superoxid. Avšak aktivní nebo pasivní úloha patogena, který čelí tomuto kyslíkovému stresu během časných stádií interakce, je méně jasná. Zdá se, že existují dvě strategie. U

23

nekrotrofních hub, jako Botrytis cinerea (plísňovec sivý, saprofyt na rostlinných zbytcích, příležitostný parazit), je tvorba AOS přímo korelována s agresivností izolátů houby, což naznačuje produkci AOS samotnou houbou nebo její zvýšenou produkci rostlinou. To vede k rychlé smrti pletiva rostliny, která usnadňuje růst houby. Ve více vyvážených systémech, jako například biotrofní patogen obilnin Claviceps purpurea (paličkovice nachová - námel), se houba obvykle snaží překonat kyslíkový stres výstavbou ochrany proti vylučovaným AOS, a to výběrem enzymů (Tudzynski, 2001). Doke (1983), Doke & Ohashi, 1988) byli první, kdo hlásili, že superoxidové anionty (O2) se vytvářely v inkompatibilních interakcích, nejprve mezi bramborem a Phytophtora infestans (Obr. F) plíseň bramborová a poté mezi tabákem a tabákovým mozaikovým virem. Tvořený O2 je obvykle rychle změněn buď neenzymaticky nebo pomocí superoxidativní dismutativní katalázy na peroxid vodíku (H2O2), a tak je ve většině rostlinných systémů zjištěna akumulace H2O2 (Sutherland, 1991; Levine et al., 1994; Mehdy, 1994; Nürberger et al., 1994). Protože H2O2 nemá žádný nepárový elektron, může překonávat biologické membrány, které mohou vytvářet velmi pomalu nabité druhy O2 (Halliwell & Gutteridge, 1990). Avšak oba O2 a H2O2 jsou pouze středně reaktivní a buněčné poškození vede směrem k jejich přeměně do více reaktivních druhů. Protonový O2, který se vyskytuje snadněji při nízkém pH, je nahrazen hydroperoxidovým radikálem (HO2). Tak za vhodných podmínek by generace O2 vedoucí k tvorbě H2O2 mohla končit v poškození membrány a vést k tvorbě řady možných potenciálních signálních molekul tukových peroxidů. Zhang et al., (1995) demonstrovali akumulaci peroxidu vodíku v papile (struktury tvořené za penetračních pokusů hub) padlí travního na ječmeni a v buňkách, které prodělaly hypersenzitivní reakci. Dále ukázali, že akumulace peroxidu vodíku je průvodním jevem a souvisí s překřížením proteinů v papile a ve stěnách hypersenzitivních buněk. Jestliže H2O2, vstupující do buněčné cytoplasmy, přežívá ve vhodných koncentracích tak, aby dosáhl buď rostlinu nebo patogena, může pak reagovat s intercelulárními ionty kovu, za účelem poskytnutí OH, který je znám na fragmentu DNA se specifickým místem napadení (Halliwell & Gutteridge, 1990). Reaktivní druhy kyslíku tak mohou končit ve značném poškození obou jedinců, hostitele a patogena, a vyžadují aktivaci řady obranných mechanizmů rostlinnou buňkou. V zastavení rozvoje rostlinné buňky byly pozorovány dva druhy produkce aktivních kyslíkových druhů. Patogenem odvozené elicitory spouštějí velmi rychlou biosyntézu reaktivních kyslíkových druhů (v limitu méně než 5 min.), jež alespoň v jednom případě požaduje zevní Ca2+ a aniontový kanál aktivace (Nűmberger et al., 1994). Opačně, avirulentní bakterie provokují malou počáteční dávku kyslíku, která je velmi podobná masivní dávce za 2 - 4 hod. po přidání virulentní bakterie do buněk rostliny (Levine et al., 1994; Baker & Orlandi, 1995). Podle Halliwella a Gutteridgea (1984) základní chemické druhy odvozené od kyslíku (oxygen-derived species) byly zjištěny nukleárními chemiky již v roce 1983. Dvoumocná molekula kyslíku O2 má dva nepárové elektrony a tak se kvalifikuje jako radikál. O2 vytváří systémy produkce H2O2, tak zvanou dismutační reakci a přímo několik oxidázových enzymů H2O2. Buňky rostlin mají dva další způsoby vytváření reaktivních druhů kyslíku. První zahrnuje protein oxalát oxidáza, který může produkovat H2O2 z kyseliny šťavelové byl zjištěn v inkompatibilních interakcích Mla1 ječmen – padlí travní (Zhang et al., 1995). Druhý zahrnuje peroxidázy buněčné stěny, které mohou produkovat H2O2 (Bolwell et al., 1995). Je velká pravděpodobnost, že generace ROS (Reactive oxygen species) povede ke změně rovnováhy redoxního potenciálu v reakcích buňky. Bylo navrženo několik úloh pro reaktivní kyslíkové druhy v obraně rostlin. H2O2 má přímý antimikrobiální účinek a je zahrnut ve vzájemném propojování v buněčné stěně, indukci exprese genů, hypersenzitivním odumíráním buňky, produkcí fytoalexinů a indulované systémové rezistenci (Peng & Kuc, 1992; Wu et al., 1995; Thordal-Cristensen et al., 1997); Bolwell, 1999); Costet et al., 2002;

24

Apel & Hirt, 2004; Gechev & Hille, 2005). Pro některé aktivní kyslíkové druhy je také pravděpodobná jejich signální úloha. H2O2 zvyšuje aktivitu enzymu 2-hydrolázy kyseliny benzoové (Leon et al., 1995), která je požadována pro biosyntézu kyseliny salicylové. Rostliny však vyvinuly účinné obranné systémy, které odstraňují aktivní formy kyslíku a chrání tak buňky proti oxidačnímu poškození (Piterková et al. 2005). Tyto obranné systémy zahrnují enzymové i neenzymové antioxidanty. Rostliny mají také nezanedbatelné preventivní mechanizmy, umožňující snížení vlivů extremních stresových faktorů (např. zkroucení listů). 2. Kyselina salicylová a ostatní organické kyseliny Inkompatibilní reakce patogenů, ať už to jsou houby, viry nebo bakterie, často podněcují akumulaci obou volných kyselin, benzoové (BA-benzoic acid) a salicylové (SA) a jejich příslušných konjugativních glukosidů s vysokými koncentracemi při formování obou kyselin v bezprostředním sousedství infekčního místa. Indukce těchto komponentů je obecně spojena s HR (Ryals et al., 1996). Biochemická dráha vedoucí k biosyntéze SA, během obranné reakce, je nyní relativně dobře prokázána, ale její regulace se může odlišovat mezi rostlinnými druhy. SA je odvozena z dráhy fenylpropanoidu, ale zdá se (přinejmenším u tabáku), že syntéza SA není regulována na hladině transkripce (přepisu). Není jasné, zda biosyntéza SA je způsob nebo důsledek HR. Obě hypotézy mohou být opodstatněné. Například při vysokých koncentracích SA bylo zjištěno, že SA vede k inhibici aktivity katalázy. To by mohlo zhoršit kyslíkový stres vyplývající ze syntézy ROS (Chen et al., 1993; Conrath et al., 1995). Bylo předloženo několik dalších úloh pro SA a BA v obraně rostlin. Oba komponenty se nejevily jako přímo antimikrobiální (Raskin, 1992; Klessig & Malamy, 1994). Kromě toho exogenní aplikace SA indukuje koordinovaný projev podskupiny PR-genů v mnohých rostlinných druzích (Ryals et al., 1996). Zvýšené hladiny SA mohou také inhibovat projev genu indukovaného poraněním, a to blokováním biosyntézy kyseliny jasmonové (Pena-Cortes et al. 1993; Farmer, 1994). Absolutní požadavek pro SA byl demonstrován v rezistenci zprostředkované R-genem proti různým virům, bakteriím a houbám. Endogenní hladiny SA se zvyšují během indukce SAR (systémově získaná rezistence) a je jasné, že SA je nezbytná pro systémově získanou rezistenci (Vemooij et al., 1995). Přímá toxicita SA k oběma, rostlině a houbě, byla zapojena v HR a v lokálně získané rezistenci, ale koncentrace v systémových částech se zdá být příliš nízká, než aby zabila buňky (Sticher et al., 1997). Z ostatních organických kyselin jsou schopny indukovat SAR, například kyselina polyakrylátová, která spouští SAR v prostředí nad 32°C a s SA nemůže takto fungovat a kyselina 2,6dichloroisonicotinická (DC-INA), která může indukovat SAR bez původního zvýšení v endogenní SA. To naznačuje, že buď působí na tom samém místě nebo po proudu SA v signalizační dráze SAR. V posledních letech bylo prokázáno (Alvarez, 2000; Ryals et al., 1996), že SA hraje klíčovou roli v lokální rezistenci i v SAR rostlin. Genetické studie umístily aktivitu SA ve zpětné vazbě jak ve směru, tak proti směru aktivit souvisejících se smrtí buňky (Alvarez, 2000). 3. Oxid dusičný Oxid dusičný (NO) spolu s reaktivním kyslíkem zřejmě hraje důležitou úlohu v indukci obrany rostliny. Nedávné studie demonstrují, že produkce NO je zvýšena na počátku hypersenzitivní reakce. Avšak tato jeho zvýšená produkce, sama o sobě, není dostatečná k aktivaci HR. Hypersenzitivní reakce je zřejmě spuštěna vyrovnáním produkce NO a ROI (meziprodukt reaktivního kyslíku) a může být aktivována během interakce NO s N2O2 vytvořené z O2- peroxidovou dismutací (Delledonne et al., 2001; Wendehenne et al., 2001). Prats, Mur & Carver (2004) uvádějí, že produkce NO je jednou z nejčasnějších reakcí epidermální buňky ječmene proti napadení B. graminis, a to dává tušit jeho důležitost jako

25

signálu a regulačního faktoru v obou fázích, to znamená, na počátku ve vývoji efektivní papily a v HR. Lokalizovaná fluorescence po obarvení naznačila, že u obou linií ječmene byla NO generována náhle kolem 10. hod. po inokulaci Blumeria graminis, v místech tvorby papily pod apresoriálními klíčky. 4. Etylén Etylén (C2H4) je asi prvním známým endogenním regulátorem růstu rostlin. Je uvolňován rostlinami ve velmi malých množstvích za „normálních“ fyziologických podmínek a projevuje biologickou aktivitu při koncentraci 1,0 ng/l (Goodman et al., 1986). Zvýšená tvorba etylénu je spojena se zráním ovoce, s vadnutím květů, s opadáváním a stárnutím listů i se stresovými faktory (Aebles et al., 1992). Je časnou biochemickou událostí v mnoha interakcích rostlina-patogen (Hislop et al., 1973; Boller, 1990). Tkáně rostlin produkují zvýšené množství etylénu, tak zvaného stresového etylénu, v reakci na různé stresové faktory. Je to například mechanické a chemické poškození rostlin infekcemi, vyplývající z různých interakcí hostitel-patogen (Montalbini & Elstner, 1997; Goodman et al., 1986; Boller, 1990). Všeobecně je biosyntéza etylénu indukována v případech, kdy rostlina aktivně poznává napadení patogenem (Boller, 1990). Je známo, že etylén hraje signální funkci v některých systémech hostitel-patogen, vedoucích k systémově získané rezistenci (Sticher et al., 1997, Pieterse et al., 2000). Etylén může aktivovat procesy související s obranou rostliny. Jde o produkci fytoalexinů (Fan et al., 2000), k patogenezi vztažených (PR) proteinů (Rodrigo et al., 1993; Tornero et al., 1994, 1997), indukci fenylpropanoidní dráhy (Chappell et al., 1984) a změnu buněčné stěny (Bell, 1981). Bylo naznačeno, že etylén byl zahrnut v odumírání buňky během infekce patogena na rostlinách, kde hormony umocňují efekty kyseliny salicylové a je důležitý pro vývoj symptomu choroby (Greenberg et al., 2000). Avšak Wang et al. (2000) hlásili, že produkce stresem generovaného rostlinného etylénu v náchylnosti nebo rezistenci závisí na systému hostitel-patogen a na pokusných podmínkách. Etylén stimuluje vývoj nekróz (Lund et al., 1996) a v mnoha případech hypersenzitivní reakce (Ciardi et al., 2001). Williamson (1950) popsal etylén jako metabolický produkt rostlin infikovaných různými houbovými chorobami. Usuzoval, že infekce hub všeobecně způsobila tvorbu etylénu rostlinou. Wendland & Hoffmann (1987) ve studiích o interakcích hostitel-patogen (pšenice-Septoria nodorum) nalezli, že ethylen je tvořen během patogeneze. Ukázali jasně pozitivní korelaci mezi náchylností a post-infekční produkcí etylénu a naznačují, že je možné použít produkci etylénu k určení náchylnosti nebo rezistence pšeničných genotypů k houbě. Úloha etylénu v obraně rostliny je tak zřejmě víceúčelová. 5. Kyselina jasmonová Kyselina jasmonová (derivát mastných kyselin) a její methylester byly nalezeny v mnoha rostlinách. Je známo, že vyvolávají řadu chemických a fyziologických reakcí. Například i mechanické poškození může zvýšit její koncentraci v rostlinách. Jak uvádějí Creelman & Mullet (1997), úloha kyseliny jasmonové v obraně rostlin byla nedávno potvrzena. Počáteční studie ukázaly, že exogenní jasmonová kyselina nebo její methylester mohou podporovat stárnutí a chovat se jako růstový regulátor. Je popsána úloha jasmonátů ve vegetativním vývoji, vývoji ovoce a životaschopnosti pylu. Uvádí se, že se kyselina jasmonová objevuje proto, aby indukovala produkci inhibitorů proteináz, ethylénu, PAL, systeminu a alkaloidů. Uvažuje se, jestli by kyselina jasmonová mohla být také komunikačním signálem mezi rostlinami. Ačkoli reakce jasmonátu a salicylátu byly zpočátku uvažovány jako rozdílné strategie, každá nezávislá na sobě, nyní víme, že jsou ve vzájemné interakci (Bostock et al., 2001). V některých případech je projev těchto dvou drah negativně korelován navzájem fenotypicky a geneticky (Niki et al., 1998; Felton et al., 1999; Thaler et al., 1999).

26

6. Proteiny vztahující se k patogenezi Rostliny mají svoji vlastní síť obrany proti patogenům, které zahrnují ohromné množství proteinů a ostatních organických molekul, tvořených před infekcí nebo během napadení patogenem (Fermin-Muňoz, 2000). PR proteiny (k patogenezi vztažené proteiny) jsou skupinou odlišných proteinů, které se akumulují po napadení patogenem nebo po abiotickém stresu, v jednoděložných i krytosemenných rostlinách a ukázaly antimikrobiální aktivitu (Sticher et al., 1997). PR proteiny jsou malé proteiny (16 30kDa), které se nevyskytují ve zdravých rostlinách, ale akumulují se ve velkém množství po infekci patogenem. Patogenem indukované rostlinné proteiny jsou klasifikovány jejich funkčními charakteristikami. Tarchevskij (2001) je klasifikoval do několika skupin podle (a) účastí v buněčné signalizaci rostliny; (b) inhibicí enzymů vylučovaných patogeny; (c) stabilizací buněčných stěn rostlin nebo schopností spouštět apoptózu; (d) enzymatické aktivity, která způsobuje lýzi buněčných stěn patogenních hub a bakterií; (e) enzymatické aktivity v metabolických drahách fenylpropanu a terpenových fytoalexinů a (f) schopností ovlivnit patogeny přímo, narušováním funkce jejich buněčných membrán nebo inaktivací jejich ribosomů. V určitém slova smyslu PR-proteiny utvářejí místo, kde se vysílají různé reakce, spojené odlišnými induktory jako kyselina salicylová, kyselina jasmonová, systemin a etylén. PR proteiny byly klasifikovány do 12 hlavních skupin. Některé z nich ukazují antifungální aktivitu. Funkce většiny PR proteinů zůstává záhadou, ale některé z nich jsou známy jako β-1,3-glukanázy (PR-2), chitinázy (PR-3) nebo houbové membránové permeablizery (PR-5) (Honeé, 1999). Termín PR-proteiny byl poprvé použit k popisu četných extracelulárních proteinů, které jsou akumulovány v reakci náchylných genotypů tabáku infekcí TMV. Následně, v řadě interakcí rostlina-patogen, bylo zjištěno, že rozdíl v indukci PR genu byl spojen s inkompatibilitou (Bol et al., 1990; Linthorst, 1991). Nedávno byla definice PR-proteinů zahrnuta do obsahu intra- a extra-celulárně lokalizovaných proteinů, které jsou akumulovány v nedotčených rostlinných tkáních nebo kultivovaných buňkách po napadení patogenem anebo ošetření elicitorem (Bowles, 1990). Několik PR-proteinů vlastní buď antifungální nebo antimikrobiální aktivitu in vitro a je nyní známo, že to jsou chitinázy, glukanázy nebo vázaný chitin (Collinge et al., 1993; Melchers et al., 1993). Degradace buněčné stěny houby stavebními polysacharidy nebo změna architektury buněčné stěny houby by zastavila nebo vážně narušila růst houby. Podstatné vyjádření PR-proteinů v transgenních rostlinách, vedlo ke zvýšení rezistence k některým houbovým patogenům (Broglie et al., 1991; Lui et al., 1994). Například čtyři intercelulární proteiny (35, 33, 32 q 31 kDA) serologicky, příbuzné k β-1,3-glukanáze, byly přítomny v rezistentním a náchylném genotypu během všech růstových stádií. Podle van Loona & van Streina (1999), pro většinu skupin PR-proteinů, jsou jejich aktivity známy nebo mohou být dedukovány. Tak například skupina PR-2 se skládá z endo-β1,3-glukanáz a PR-3, -4, -8 a -11, které jsou všechny klasifikovány jako endochitinázy. Například PR-6 jsou proteinázové inhibitory, zapojené do obrany proti hmyzu a býložravcům, mikroorganizmům a nematodům (Koiwa et al., 1997; Ryan, 1990). Dá se předpokládat, že například PR-7 slouží jako doplněk k antifungální činnosti. Skupina PR-9 peroxidáz je pravděpodobně funkcí v posílení buněčných stěn rostliny a katalyzuje ukládání ligninu v reakci na mikrobiální napadení. Skupina PR-5 patří k thaumatinu podobným proteinům se shodností k permatinům, které způsobují prostupnost houbových membrán (Vigers et al., 1991). Skupina PR-10 je strukturálně příbuzná s ribonukleázami (Moiseyev et al., 1997) a ačkoli je lákavé předpokládat, že tyto intercelulární PR proteiny mohou být aktivní proti virům svojí schopností rozštípnout virovou RNA, nebyla tato jejich aktivita zatím demonstrována. Obranné typy PR-12, PR-13 a PR-14 dávají najevo antifungální a antibakteriální aktivitu. Uplatňují také svůj vliv na úrovni plazmové membrány na cílený mikroorganizmus (Bohlmann, 1994; Broekaert et al., 1997; Garcö et al., 1995). Určití členové

27

skupiny PR-1 tabáku a rajčat mají antifungální aktivitu proti oomycétám, ale mechanizmy jejich činnosti nejsou známy. Rezistence rajčat byla spojena s vysokými konstitutivními hladinami aktivity β-1,3-glukanázy. Náchylnost na druhé straně byla spojena s nízkými hladinami β-1,3-glukanázy, zatímco její vysoké hladiny byly indukovány infekcí během více pokročilých fází kolonizace (Anguelova et al., 1999). Do současné doby bylo popsáno 40 druhů PR-proteinů, které se dělí do čtrnácti základních skupin. PR-proteiny se dají rozdělit na skupinu proteinů kyselých a jejich zásaditých analogů. Kyselé obranné proteiny jsou akumulovány převážně v extracelulárním prostoru, kdežto zásadité formy jsou hlavně lokalizovány intercelulárně ve vakuole. Kyselé formy proteinů jsou často syntetizovány za podmínek, ve kterých rostlina vykazuje systémově získanou rezistenci (van Loon & Strien, 1999). Bazické proteiny jsou vysoce indukovány při poranění rostliny. Ačkoliv PR proteiny jsou nejvíce běžné v hypersenzitivních reakcích, zdá se, že přispívají k SAR (van Loon & Strein, 1999). 7. Lipoxygenázy Často se dá nalézt rychlé zvýšení v aktivitě enzymu lipoxygenáza (LOX) anebo mRNA a hladin proteinu. Ty jsou asociovány s inkompatibilitou zprostředkovanou genem R-Avr (Slusarenko, 1996). Zvýšená aktivita LOX může přispět k rezistenci různými způsoby. Na příklad, LOX může vytvářet signální molekuly, tak jako JA, methyl-JA nebo peroxidázy lipidů, které koordinovaně zesilují specifické reakce. Aktivita LOX může také způsobit nevratné poškození membrány, které by mohlo vést k propouštění buněčných obsahů a nakonec končit v odumření buňky (Keppler & Novacy, 1986). Jinak řečeno, reakce katalyzované LOX mohou končit v tvorbě nestabilních toxinů a stabilních mastných kyselin. Od nich odvozené sekundární metabolity by mohly přímo potlačit patogeny (Croft et al., 1993). 8. Fytoalexiny Fytoalexiny jsou nízkomolekulární, lipofylické, antimikrobiální sloučeniny, které se rychle nashromáždí kolem míst infekce inkompatibilního patogena a působí v reakci k rozsáhlé řadě biotických a abiotických elicitorů (Smith, 1996). Biosyntéza fytoalexinů se vyskytne po rozptýlení primárních metabolických prekurzorů do nových sekundárně metabolických drah. Avšak syntéza většiny fytoalexinů požaduje aktivitu řady enzymů a vysoce koordinované signální události. Ty musí být požadovány v napadených buňkách, aby se tento typ obrany úspěšně založil. Houbové patogeny jsou obecně schopny rychle degradovat fytoalexiny, tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradace fytoalexinů z nehostitelských rostlin je velmi pomalá (Lyon, 2002). Existuje ale málo důkazů degradace fytoalexinů bakteriemi. Kuć (1995) uvádí, že bylo chemicky charakterizováno více než 350 fytoalexinů asi z 30 rostlinných druhů. Největší počet 130, byl charakterizován z Leguminosae. Nejvíce fytoalexinů bylo izolováno z dikotyledonů, ale byly izolovány také z monokotyledonů zahrnujících rýži, kukuřici, čirok, pšenici, ječmen, cibuli a lilii. Fytoalexiny byly izolovány ze stébla, kořenů, listů a plodů. Není zcela jasné, zda akumulace odlišných, ale strukturálně souvisejících fytoalexinů (např. phaseolin, kievitone, phaseollidin v zelených fazolích; rishitin, lubimin, phytuberin v hlízách bramboru) je v rostlině pro rezistenci důležitá. Je otázkou, jestli je tato rozmanitost reakcí fytoalexinu určitou pojistkou pro přežití rostliny. Fytoalexiny nejsou specifické k infekci a jejich akumulace po infekci může pouze odrážet reakci ke stresu způsobeného infekcí. Syntéza a akumulace fytoalexinů nepožaduje specifické strukturální komponenty hub, bakterií a virů nebo mikrobiálních metabolitů jako elicitorů (Kuć, 1995). Byly hlášeny tři skupiny patogenů, jakož i nematod, které vyvolaly akumulaci stejných fytoalexinů v rostlinách. Signál nebo signály iniciují kaskádu událostí, které mezi

28

mnoha jinými věcmi také vedou k lokalizované syntéze fytoalexinů. To může zahrnovat zvýšené aktivity a regulaci asi 20 genů pro syntézu fytoalexinů.

X. Populace patogenů Definice populace patogenů, určení genotypu patogena. Zaměření populační genetiky. Epidemiologie chorob. Význam evoluce a koevoluce. Rasy patogenů a jejich charakteristika. Sexuální a asexuální reprodukce patogenů. Migrace patogenů a její výnam v epidemiologii. Populace je skupina organizmů toho samého druhu, která obývá tu samou geografickou oblast a projevuje se kontinuitou z generace do generace. Obvykle předpokládáme, že ekologické a reprodukční interakce jsou více obvyklé mezi členy té samé populace, než mezi členy z odlišných populací (McDonald, 2004). Fytopatologové a šlechtitelé se poměrně dlouhou dobu věnovali pochopení důležitosti změny genotypu patogena k efektivnosti a trvanlivosti rezistence hostitele. Genotypy patogena mohou vzájemně reagovat se specifickými genotypy hostitele, a to ve svém důsledku může vést ke „zhroucení“ rezistence v průběhu velmi krátkého období (Brown, 1995). Detekce změny patogena se tradičně spoléhá na identifikaci změny virulence rasy v populaci patogena. Určení genotypu patogena se provádí inokulováním vzorků izolátů patogena na řadu hostitelů s definovanými geny rezistence (tzv. diferenciátory) a následným pozorováním výsledných reakcí, neboli kompatibilních a inkompatibilních fenotypů choroby. Tato určení jsou označována jako testy virulence a mohou být přímé nebo nepřímé (Welz & Kranz, 1987). Přímé testy znamenají vystavení diferenciačních odrůd přirozené infekci (mobilní školky). V nepřímých testech virulence jsou patogeny izolovány v přirozených podmínkách, množeny v kontrolovaných podmínkách a následuje inokulace diferenciační řady odrůd v laboratorních podmínkách. Tento přístup k monitoringu populací patogena byl nesmírně cenný ve vývoji a rozmístění rezistence hostitele (Andrivon & De Vallavieille-Pope, 1993; Roelfs, 1985; Wolfe & Limpert, 1987) a poskytl důležité nahlédnutí do evoluce populací patogena v reakci na selekci genů rezistence hostitele. Monitoring patotypu je stále intenzivně používán v mnoha dnešních patosystémech a stále pokračuje, aby poskytl včasnou informaci o složení struktury populací patogena. Ta je důležitá ve šlechtitelských programech a při rozšíření rezistence. Zájem o genetiku populace patogena výrazně narůstal v posledních deseti letech a jeho základy jsou neodlučitelné k dosažení udržitelného řízení chorob v globálních agroekosystémech. Biotrofní houbové patogeny, tak jako padlí travní a rzi, musí umět vyvinout vlastní reakce na změny u svých hostitelů. Šlechtění proto může končit ve velkých a rychlých změnách v populaci hostitele těchto patogenů. A z tohoto důvodu musí být patogen schopen na tyto změny rychle reagovat. Jeho evoluce závisí na reprodukčním systému, mutaci, selekci, migraci (genetickém klonování), genetickém posunu, rekombinaci změn ve frekvenci genu a na formě jejich genetické struktury. Jestliže izolát patogena vlastní virulence směrem k příslušné rezistenci hostitele, může stále růst a šířit se na odrůdu obsahující specifický gen rezistence. Regionální výskyt virulence uvnitř populace patogena slouží jako měřítko pro hodnocení efektivnosti rezistence v porovnání k příslušnému genu rezistence. 1. Populační genetika Podle McDonalda (2004) je populační biologie zaměřena na biologické procesy, které ovlivňují populace organizmů. Populační biologie je relevantní k fytopatologii, protože choroby rostlin jsou způsobeny populacemi patogenů. Výskyt infekce je možné posuzovat z ekonomického nebo ekologického dopadu. Například jedna skvrna patogena na listu nemusí mít významný ekonomický nebo ekologický vliv. Epidemie, která způsobuje významné ztráty plodiny, zahrnuje stovky nebo miliony infekčních událostí, které zahrnují celé populace patogenů a jejich hostitelských rostlin. Ke kontrole choroby museli fytopatologové vyvinout

29

metody k regulaci celé populace patogena. Proto je důležité pochopit biologii populace rostlinných patogenů. Epidemiologie a populační genetika jsou odlišné podmnožiny populační biologie. Epidemiologie chorob je studie distribuce a určujících činitelů frekvence choroby v populaci rostlin. Epidemiologie je zaměřena na vývoj choroby, několikanásobné zvýšení počtu populací patogena během času a na pohyb populací patogena v prostoru (obvykle z rostliny na rostlinu). Epidemiologie zahrnuje hlavně fyzikální procesy, tak jako vzdálenost pohybu spor nebo vlivy faktorů počasí na latentní periody. Populační genetika je zaměřena na procesy, které vedou ke genetické změně nebo evoluci v populacích v průběhu času a prostoru. Populace je skupina organizmů toho samého druhu, která obývá tu samou geografickou oblast a projevuje se kontinuitou z generace do generace. Populační genetika popisuje a kvantifikuje genetické kolísání v populacích a používá tohoto kolísání k dedukcím o vývojových procesech, které ovlivňují populace patogena (Hartl & Clark, 1997; Hedrick, 1985). Genotypová diverzita (různorodost) je informační parametr genetické struktury uvnitř populace patogena (Stoddart & Taylor, 1988). Populační genetika se zaměřuje na genetickou obměnu a vývojové procesy uvnitř druhu organizmu. Ty jsou podmíněné genovými mutacemi (mikroevoluce), přestože odlišnost mezi genetickými populacemi a taxonomií (makroevoluce) není zcela jasná (Peever et al., 2000). Pokud jde o populační genetiku, aplikovanou na patogeny rostlin, dává velkou šanci pro pochopení vývojových sil kontrolujících populace patogena a tato znalost může být dále použita ke zlepšení ochrany proti chorobám (Burdon, 1993). Obvykle předpokládáme, že ekologické a reprodukční interakce jsou více obvyklé mezi členy té samé populace, než mezi členy z odlišných populací. Evoluce je dvoustupňový proces. Zaprve máme procesy, tak jako mutace, které zapříčiňují genetickou obměnu v populacích. Potom procesy jako selekce nebo genetický posun, které působí tak, aby změnily frekvenci alel v populacích. Evoluce vyplývá ze změn ve frekvenci alel v populacích. Koevoluce je proces, během kterého se znak jednoho druhu vyvíjí v reakci ke znakům jiných druhů, jejichž znak se následně vyvíjí v reakci ke znaku u prvního druhu (Janzen, 1980). Koevoluce studuje reciproční genetické změny, jež jsou očekávány ve dvou nebo více ekologicky vzájemně působících druzích. Základním prvkem koevoluce je vzájemnost. Genetické změny u jednoho druhu způsobují genetické změny v koevolučním druhu. A tato genetická změna následně způsobí novou genetickou změnu u prvního druhu. Koevoluce začíná s populací rostlin napadenou chorobou. Uvnitř ochořelé populace rostlin se vyskytuje případ mutace nebo rekombinace, jež vyvolává nový receptor alely, jež rozpoznává elicitor u patogena. Tato událost způsobuje u rostliny mutaci z náchylnosti na rezistenci. V přítomnosti neustálého tlaku choroby, který redukuje způsobilost náchylných rostlin, budou rezistentní rostliny produkovat více potomstva a tak se rezistentní alela bude zvyšovat ve frekvenci. Jak se rezistence v populaci rostlin zvyšuje směrem ke zvyšování frekvence rezistentních jedinců, je schopnost patogena reprodukovat se omezena a celková hladina choroby se snižuje.

30

Obr. 7. Koevoluce v přirozeném patosystému rostliny je charakterizována vývojem rezistence hostitele a virulence u patogena. Tyto dvě charakteristiky jsou vzájemně propojeny. Kvadratický čtverec systému gen proti genu Hostitel Patogen

R (rezistentní)

rr (náchylný)

A (avirulentní)

- rezistenzní

+ náchylný

a (virulentní)

+ náchylný

+ náchylný

Podle našich současných znalostí interakcí gen proti genu, avirulence zakóduje elicitor, který je rozpoznán specifickým receptorem (zakódovaným R-alelou) v hostitelské rostlině. Poznání elicitoru receptorem spouští signální trasdukční dráhu, která se nasměruje na geny zahrnuté v hypersenzitivní reakci. 2. Rasy patogena Rasa je termín obvykle používaný v biologii k označení skupiny jednotlivců, které vlastní obecné rysy, jimiž se odlišuje od ostatních skupin stejného druhu (Wolfe & Caton, 1997). Poznání ras bylo široce použito pro kategorizaci odchylek uvnitř druhů, ačkoli rasa není formálně uznána jako taxon Mezinárodním Kódem Botanické Nomenklatury. V biologii jsou rasy uvažovány jak geneticky, tak geograficky jako vzdálenostně partnerské skupiny uvnitř druhu (Darlington & Mather, 1949). Hlavním kritériem pro oddělení ras je genetický rozdíl a povaha výsledného fenotypového rozdílu. Rozdíl morfologický, fyziologický, fytopatologický, atd. je také důležitý. Tendence fytopatologů zúžit pojem rasy je jasně ilustrován Stakmanovou a Harrarovou definicí (1957): biotyp nebo skupina biotypů uvnitř druhu nebo variety, která může být rozlišena s rozumnou jistotou a možností s fyziologickými charakteristikami, jež zahrnují patogenitu a u některých hub růst na umělém médiu. Nekompromisní aplikace této definice by mohla vést k označení každého genotypu jako rasy. Federace britských fytopatologů v roce 1973 definovala fyziologickou rasu nebo rasu jako systematickou biologickou jednotku parazitů (zejména hub), charakterizovanou specializací k rozdílným odrůdám jednoho druhu hostitele. U biotrofních hub jsou známé rasy charakterizovány reakcemi na řadě hostitelských odrůd, které nesou odlišné zdroje kvalitativní rezistence (diferenciační hostitelé). Možný počet ras, které mohou být poznány, je určen počtem odlišných zdrojů rezistence zahrnutých v odlišných hostitelích. Přesné seskupení izolátů do ras je proto závislé na konkrétních použitých diferenciačních odrůdách, a tak například dva dříve identické izoláty se mohou oddělit do rozdílných ras a naopak. 3. Sexuální a asexuální reprodukce Reprodukce u vyšších organizmů, živočichů a rostlin je převážně sexuální. Avšak u rostlin se vyskytuje i asexuální reprodukce. Savci jsou jednou z velmi mála majoritních skupin organizmů, jež se nikdy nereprodukují asexuálně. Naproti tomu některé houby se mohou rozmnožovat sexuálně i asexuálně. Podle Parlevliet (1996) je u houbových listových patogenů sexuální reprodukce obvykle důležitá. U některých patogenů je reprodukce úplně asexuální (Puccinia striiformis – rez plevová), u jiných (Blumeria graminis – padlí travní) se sexuální reprodukce vyskytuje jednou v roce, ale reprodukce během stupňování epidemie je asexuální. U několika patogenů se tato sexuální reprodukce vyskytuje pouze v některých oblastech, a ne v jiných. U nemnoha

31

patogenů, například u padlí na salátu (Bremia lactucae), se sexuální reprodukce vyskytuje dokonce častěji. Například u houbových listových patogenů je sexuální reprodukce obvykle důležitá. Reprodukční systém má silný vliv na genetickou strukturu populace. V závislosti na sexuální reprodukci se populace skládá z množství „rodin“. Rodiny jsou obvykle složeny z několika genotypů, které jsou shodné s výjimkou lokusů, ve kterých se mutace vyskytuje. Tyto rodiny mohou vydržet po dekády nebo dokonce déle. Vzniklé sexuální struktury hub jsou často adaptovány pro přežití nebo rozptýlení (Chamberlain & Ingram, 1997). McDonald et al. (1995) nalezli úzké spojení nerovnováhy mezi RFLP markéry u Mycosphaerella graminicola (anamorph Septoria tritici), původce braničnatky pšeničné. Jejich názor, že sex hraje důležitou úlohu v životním cyklu této houby je výrazně posílen zjištěním, že askospory jsou uvolňovány z M. graminicola během roku, ne pouze na podzim kdy se vyskytují primární infekce (Hunter et al., 1999). Obecně se uvažuje, že sex zvyšuje způsobilost odstraňování škodlivých genů. Brown (1999) v zamyšlení nad úlohou sexu u hub uvádí, že existují dvě teorie o prospěšnosti sexu. První deterministická hypotéza mutace, kterou formuloval Kondrashov (1982, 1988) se vztahuje k populacím hub jakýchkoliv rozměrů. Tato teorie předpokládá, že mezi škodlivými mutacemi je epistáze, to znamená, že rychlost ztráty způsobilosti roste s každou další mutací v genomu. V této situaci bude mít sexuální populace vyšší průměrnou způsobilost, než protichůdná klonální populace (klon – soubor buněk nebo jedinců se zcela stejnou genetickou informací), protože bude mít menší počet nezpůsobilých jedinců, kteří mají mnoho mutací a tudíž nepoměrně nižší způsobilost. Druhá teorie o prospěšnosti sexu u hub je podle Smitha (1971) možností kombinace nových genů. Ta předpokládá, že vnější prostředí se nějakým způsobem mění tak, že pro genom, aby se přesunul do nového optimálního stavu, jsou požadovány mutanti na několika (L) genetických lokusech. Proto, aby se tak stalo u asexuálního druhu, se musí vyskytovat mutanti postupně v té samé rodině, takže je vyžadován čas k fixaci žádoucích mutací na všech lokusech. Avšak v sexuální populaci na odlišných lokusech, které se vyskytují u samostatných jedinců a tudíž jsou v negativní nerovnovážné vazbě, se může stát, že jsou tyto znovu spojeny. Očekávaná doba k fixaci všech L příznivých mutací je tudíž pouze málo větší, než doba fixace jediné mutace. Sex tedy vytváří neobvyklé, možná nové genotypy. Podle Parlevliet (1996) je mutace zdrojem nových genetických variant, a to je zřídkavá událost na bázi lokusu. Existuje však kombinovaná mutace s vysokou rychlostí reprodukce v mikroorganizmu, a to je mocný nástroj v adaptaci ke změnám vnějšího prostředí. Brown (1999) konstatuje, že stěžejní otázkou zůstává vyřešit důležitost sexu v adaptaci patogena na hostitele. Například sexuální populace obilních rzí (Puccinia graminis, P. recondita a P. coronata) měla více odlišné fenotypy virulence, než asexuální populace (Groth & Roelfs, 1982). Ale sexuální a asexuální populace rzi fazolu Uromyces appendiculatus měla podobné hladiny diverzity ve virulenci (Groth et al., 1995). Byl také zjištěn rychlý vývoj faktorů patogenity uvnitř klonálních rodin Phytophtora infestans (plíseň bramborová) v severní Americe (Goodwin et al., 1995). Příklad E. graminis (anamorf Blumeria graminis) ilustruje možnost souhry mezi sexuální a klonální reprodukcí. Kdysi byly odrůdy pšenice Doublet a Kladin, komerčně důležité, pěstovány na mnoha tisících hektarech. A tak klony E. graminis k nim virulentní mohly být zvýhodněny. Sex by pak byl nevhodný, protože by skončily kombinace virulentních genů, které mají vysokou způsobilost k efektivnosti. Dá se předpokládat, že sex může pomoci houbovým patogenům adaptovat se na jejich hostitele. Rozhodující otázkou však je, zda houbové patogeny skutečně potřebují různorodost vytvořenou sexem za účelem adaptace ke svým hostitelským rostlinám nebo zda to mohou dělat samy mutací.

32

4. Migrace a adaptace patogenů Migrace hraje důležitou úlohu ve virulenci a epidemiologii, zejména u vzduchem přenosných patogenů. Může se vyskytnout dokonce mezikontinentální migrace (Parlevliet, 1996). Tak například obligátní patogeny na obilninách (rzi a padlí travní) opakovaně ukázaly, že jsou schopny rychle se adaptovat k hlavním genům, udělujícím rezistenci u hostitele (Rgeny), selekcí a šířením genů specificky odpovědných za virulenci (Wolfe, 1984; Zadoks & Bouwman, 1985). Selekce funguje ve všech stádiích cyklu patogena. Může mít tedy svůj největší vliv během fáze znovu založení populace patogena (Burdon, 1993). Limpert at al. (2004) uvádějí, že složitost virulence padlí a rzí se zvyšovala od západní k východní Evropě a do určité míry až na Sibiř, s přibližně jednou až dvěma virulencemi na 1 000 km. Limpert & Bartoš (1997) předpokládají, že rez pšeničná a padlí na ječmeni v severozápadní Evropě jsou obligátní patogeny, které jsou vysoce mobilní a mohou měnit svoje místa žití téměř 10krát a dokonce více než 20krát za rok. U padlí travního, kromě sexuálního cyklu přispívajícího k diverzitě, je důležité i to, že je chorobou polycyklickou a dobře adaptovanou pro vzdušný rozptyl a transport na dlouhé vzdálenosti (O´Hara & Brown, 1996; Hau & de VallavieillePope, 1998; Limpert et al., 1999). Rez pšeničná přezimuje nejlépe v teplejších oblastech na jihu Evropy, vzácně se sexuálním rozmnožováním, ale v mírných zimách přežívá v ostatních částech, jak to bylo také v případě České republiky. Závažné propuknutí choroby v severní Evropě může být podmíněno přezimováním urediospor/urediomycelia v této oblasti, ale epidemie je obvykle způsobena přenosem urediospor z teplejších oblastí s více pokročilou časnou vegetací v sezóně. Biologická specializace je schopnost druhů hub nebo jejich ras infikovat a reprodukovat se pouze na konkrétním hostiteli nebo skupině hostitelů (Leppik, 1965). Je příznačná pro biotrofní houby (padlí, rzi a sněti) (Parlevliet, 1986). Eshed & Wahl (1970) nalezli, že sortiment hostitelů B. graminis kolísá podle geografického území, ze kterého byly odebrány. Například izoláty patogena z obilnin v Izraeli měly širší hostitelský sortiment, než izoláty sebrané někde jinde ve světě. To odráží větší genetickou diverzitu hostitelských rostlin na Středním východě, které bylo navrženo jako centrum původu a diverzity divokých předchůdců a příbuzných pěstovaných pšenic. Toto seskupení naznačuje možnost korelovaného vývoje mezi B. graminis a jejich hostitelskými obilninami a ukazuje, že pojetí formae speciales potřebuje, aby bylo prošetřeno ve významu geografického původu. Geografický původ hostitele a rozšiřování jeho sortimentu může ovlivnit hostitelský sortiment patogena tak, že hostitelé existující současně v uzavřené blízkosti mohou být napadeny stejným patogenem, bez ohledu na jejich fylogenezi (vývoj organizmů), (Eshed & Dinoor, 1980).

XI. Šlechtění na odolnost Historie šlechtění. Pojem odolnost rostliny, ochoření a náchylnost. Problematika genetických zdrojů. Jaderný a mimojaderný systém v dědičnosti rezistence.Oligogenně a polygonně založená rezistence. Metody a postupy šlechtění. Rozvoji šlechtění na odolnost přispěly znalosti a teoretické základy související s rozvojem mykologie (zač. 19. stol.) a používáním umělé infekce. Velký význam pro rozvoj šlechtění mělo studium genetického založení odolnosti, které má také svůj vývoj. Šlo o poznávání genetických vztahů parazita (patogena, choroby nebo škůdce) a hostitele. První genetické studie odolnosti ke rzi plevové zahájil Biffen (1905) a zjistil monofaktoriální založení (štěpení 3:1). N. I. Vavilov (1926) na svých expedicích získal sbírku genetických zdrojů odolnosti v planých formách. V roce 1914 Stakman (1915) objevil rasové spektrum rzí u pšenice.

33

50. léta tohoto století znamenala spojení genetiky rezistence a virulence. V roce 1956 Flor přispěl k rozvoji teoretických základů rezistentního šlechtění teorií gen proti genu, která vycházela ze studií vztahů hostitel - patogen. 60. léta jsou ve znamení rozvoje teoretických základů. Vanderplank zavedl v roce 1963 pojmy vertikální a horizontální rezistence a vertikální a horizontální patogenita. 70. léta znamenala rozvoj studia genových interakcí, využívání mutací, aneuploidních linií apod. ve šlechtění na odolnost u mnohých druhů. 80. léta se vyznačují uplatňováním vedle klasických metod a postupů i orientací na aplikace metod molekulární genetiky v rezistentním šlechtění. Odolnost - je dědičně založená schopnost hostitelské rostliny (populace, odrůdy) odolávat napadení patogena, nebo zpomalovat jeho rozvoj. Projev ochoření závisí na:  interakci genetického systému hostitele a patogena,  podmínkách vnějšího prostředí (modifikující účinky mají teplota, vlhkost, výživa). Ochoření se posuzuje podle vnějšího stavu rostliny a podle symptonů choroby. Náchylnost je opakem odolnosti. Specifičností vztahů rozumíme skutečnost, že každý patogen má omezený okruh hostitelů (rodů, druhů, odrůd), který může napadat. U mnohých patogenů je známá specializace ve formě ras (kmenů) se specifickou schopností napadat jen některé odrůdy a neschopností napadat jiné. Šlechtění na odolnost k chorobám je často ztěžováno nedostupností (neexistencí) genetických zdrojů, krátkou trvanlivostí či nízkou úrovní rezistence. Proces rezistentního šlechtění je složitý, neboť musí respektovat: a) vzájemné vztahy složek:

hostitel (rostlina)

patogen

prostředí

b) charakter dědičné proměnlivosti a vývoje hostitele i patogena a specifické vlivy prostředí. Předpoklady efektivního rezistentního šlechtění: 1) znalost biologie a bionomie patogena, včetně rasového spektra a možnosti zjištění rasové příslušnosti (např. pomocí testovacího sortimentu) 2) znalost mechanizmu rezistence, včetně typu odolnosti a genetického založení rezistence 3) projev odolnosti (tolerance) či náchylnosti 4) existence genetických zdrojů rezistence a možnost jejich využívání 5) znalost techniky inokulací, umělých infekcí, v polních i skleníkových podmínkách, znalost optimálních podmínek pro rozvoj choroby (škůdce) i způsobů hodnocení stupně odolnosti (náchylnosti) Genetika rezistence Znalost charakteru dědičnosti rezistence má pro úspěšné šlechtění zásadní význam. Na dědičnosti rezistence se uplatňuje:  mimojaderný systém dědičnosti 34



jaderný systém dědičnosti

Mimojaderný systém (cytoplasmatická dědičnost) se projevuje rozdíly ve štěpných poměrech v generacích po reciprokém křížení. Příkladem tohoto typu dědičnosti je náchylnost k Helmintosporium maydes u kukuřice ve vazbě na cytoplasmatický typ pylové sterility (CMS) texasského typu. V jaderném systému může být dědičnost rezistence založena: a) oligogenně (jedním nebo několika major geny) s dominantním, recesivním a neúplně dominantním projevem s malou závislostí na prostředí. Příkladem může být vertikální rezistence, projev přecitlivělosti aj. Oligogenní způsob založení rezistence přesně odpovídá hypotéze gen proti genu. Geny se mohou projevovat i v interakcích (komplementárně), s pleiotropním účinkem a mohou se uplatnit i geny inhibitory a modifikátory. Oligogenně založená rezistence se ve štěpících generacích chová podle platných zákonů dědičnosti, a to v závislosti na počtu genů a jejich projevu. V genetické analýze se používá: - přímá metoda, tj. křížením odolné odrůdy s náchylnou odrůdou a vyhodnocením štěpících generací, - nepřímá metoda, podle reakce testované odrůdy k několika rasám patogena a porovnáním s reakcí odrůd o známém genetickém založení. K tomuto účelu se používá tzv. mezinárodně uznávaný testovací sortiment. K ověření identity genů se používá vyhodnocený výsledek uměle infikovaných rostlin generace F2 z křížení odrůda x linie se známým genem. K lokalizaci genů na chromozomech se např. u pšenice s úspěchem využívá aneuploidní analýzy (využitím monosomiků, nulizomiků, příp. substitučních linií), nebo klasického postupu mapování genů analýzou genové vazby. Polygenně založená rezistence s účinkem mnoha minor genů, s intermediárním projevem dědičnosti v generaci po křížení. Uplatňuje se silný vliv podmínek prostředí. Systém umožňuje také projev transgrese i kombinaci s major geny. Projev rezistence má kvantitativní charakter, např. delší dobu inkubace, méně sporulujích ložisek, nižší sporulace apod. Uplatňuje se při horizontální rezistenci. V systému genetické proměnlivosti rezistence hostitele (rostliny) se kromě kombinací a rekombinací genů uplatňuje i mutabilita genů. Stejně je tomu i v genetické proměnlivosti patogenů, kde navíc kupříkladu u mikroorganizmů se uplatňují ještě další mechanizmy proměnlivosti. Jako genetické zdroje rezistence jsou využívány:  plané druhy,  přirozený genofond kulturních rostlin,  staré i nové odrůdy domácího a zahraničního původu,  linie, indukované mutace a šlechtitelské polotovary. 1. Metody a postupy šlechtění Metody šlechtění na odolnost jsou odlišné podle skupin chorob: a) k virovým chorobám Šlechtění na odolnost k virovým chorobám je velmi obtížné a náročné. Složitost šlechtění souvisí s možností latentního výskytu, maskování i se zvláštnostmi způsobu přenosu virů. U mnohých virů není dosud známá genetická podstata odolnosti, nebo jsou k disposici jen dílčí poznatky. Často nejsou známé genetické zdroje odolnosti.

35

Ve šlechtění se využívá kategorií rezistence vhodných pro příslušnou virovou chorobu (relativní rezistence, imunita, intolerance, extrémní rezistence apod.) Z metod šlechtění se uplatňuje hlavně křížení (důležitá je volba vhodných rodičů), indukované mutace a v poslední době i metody genového inženýrství. V široké míře se využívají i nepřímé metody, které eliminují zdroje nákazy a brání rozšiřování virových chorob (negativní selekce napadených rostlin, různé diagnostické metody včetně imunoenzymatického postupu ELISA), produkce viruprostého rozmnožovacího materiálu (meristemové kultury. b) k bakteriozám Šlechtění na odolnost vůči bakteriozám je rovněž obtížné. V mnohých případech nejsou vůbec propracované vhodné postupy. Používá se křížení při výběru odolných (nebo více méně odolných) rodičů. Nejčastěji se volí postup vyloučení jedinců, či celých potomstev s příznaky ochoření, z dalších procesu šlechtění. c) k houbovým chorobám Šlechtění na odolnost vůči houbovým chorobám je relativně nejlépe propracováno, i když na odlišné úrovni u rostlin samosprašných a cizosprašných. V mnoha případech je známá a propracována i genetická stránka odolnosti (u pšenice ke rzím, k padlí apod.). Ze šlechtitelských metod se nejvíce uplatňuje křížení, liniové šlechtění, v některých případech jsou využitelné i indukované mutace (př. translokace chromozomů 1B/1R u pšenice), a to v závislosti na genetickém založení odolnosti (oligogenní, polygenní). U mnoha samosprašných plodin (hlavně obilnin) se využívá i vertikální rezistence. Ve šlechtění samosprašných plodin (zejména obilnin) se ve šlechtitelské strategii uplatňuje šlechtění liniových odrůd, multigenních odrůd a víceliniových odrůd.

Rostlina dokáže během vývoje vzájemných interakcí s patogenem vytvořit obranný systém, který musí být nepřetržitě efektivní vzhledem k měnícímu se složení populace patogena a měnícím se vnějším podmínkám, jejichž změnám je neustále vystavena. Patogenní mikroorganizmy se neustále snaží přizpůsobit svojí infekční strategii změnám získaným v místě jejich hostitele. Poznání těchto nikdy nekončících interakcí mezi hostitelskou rostlinou a patogenem, které se neustále prohlubuje, je důležité pro výběr odrůd rezistentních k měnící se populaci patogena, ve šlechtění na rezistenci a v ochraně rostlin. V podmínkách EU je nutností aplikovat prvky environmentálního managementu, to znamená, zavedení preventivní ochrany životního prostředí a čistší produkce potravin do systému řízení a chodu zemědělského podniku.

36

Významový slovník Alkaloidy - dusíkaté látky zásaditého charakteru. Sekundární metabolity rostlin, sloužící k zachování druhu rostliny. K nim se řadí i fytoalexiny. U živočichů, ale i u člověka, působí na centrální nervový systém. Antagonista - látka působící proti buněčnému efektu přirozené látky (např. hormonu) tím, že se váže na stejný buněčný receptor a blokuje tak její působení. Apoptósa - je jedním z hlavních typů programované buněčné smrti. Probíhá především u živočichů, ale v určitém slova smyslu i u rostlin. Avirulence - skoro absence patogenity genotypu patogena, když přichází do kontaktu s genotypem hostitele, který nese rasově specifický gen rezistence, jež odpovídá genu avirulence v genotypu patogena. Biotrofní patogen - získává živiny z žijících buněk rostliny. Celulóza - polysacharid; základ buněčných stěn rostlinných tkání. cGMP - cyklický guanosin-3´,5´-monofosfát. Podobně jako cAMP plní funkci druhého posla. Druhý posel má význam nízkomolekulární intracelulární látky, která se tvoří jako odpověď na signál, např. na vazbu hormonu („prvního posla”) na receptor. Cyklické nukleotidy - nukleotid je chemická sloučenina skládající se z heterocyklické báze, cukru a jedné nebo více fosfátových skupin, ve které je fosfátová skupina vázána na dvě cukerné hydroxylové skupiny, tvořící cyklickou nebo opakující se strukturu. Cytosol - koncentrovaný koloidní roztok makromolekul a nízkomolekulárních látek, tvořící tekutý obsah buňky; jeho součástí však nejsou buněčné organely. Částečná rezistence - ekvivalent ke kvantitativní rezistenci. To znamená, že u plodin v reakci k biotrofním patogenům (padlí travní a rzi) je kvantitativní rezistence spojena s náchylným infekčním typem. Defensiny - jsou malé peptidy s vysokým obsahem cysteinu, mající vysokou antimikrobiální účinnost. Dicotyledon - jevnosnubné rostliny (semena jsou produkována ve specializovaném orgánu – květ, jejichž semeno obsahuje dva zárodečné listy). Dvouděložné rostliny. Dismutace - reakce mezi organickými molekulami. DNA - deoxyribonukleová kyselina. Polymerní řetězec, tvořený opakujícími se jednotkami kyseliny fosforečné a cukru deoxyribosy, na kterou jsou navázány další báze. Její stabilní formou je komplex dvou řetězců, který vzniká párováním jejich bází: jednoho thyminu s druhým adeninem a jednoho guaninu s druhým cytozinem. U všech organismů, s výjimkou nebuněčných (zde tuto úlohu hraje RNA – viry, virusoidy a viroidy), je nositelem dědičné informace. Dominantní - převládající, mající převahu, určující. Efektor - látka ovlivňující tvorbu proteinu. Elicitor - metabolit patogena, který stimuluje v hostitelské rostlině produkci fytoalexinů. Endochitináza - enzym rostliny degradující buněčnou stěnu houby. Epistáze - funkční nadřazenost genu. Ester - organická sloučenina, ve které organickou skupinu nahrazuje vodíkový atom (nebo více než jeden) v kyslíkaté kyselině. Kyslíkatá kyselina je kyselina, jejíž molekula má – OH skupinu, ze které se vodík oddělí jako vodíkový iont. Excitace - vybuzení, nabuzení, podráždění, vzrušení, stimulace. Evoluce - (z latiny evolvere = vyvíjet, odhalovat / evolutio=vývoj, odhalování) označuje pozvolný, průběžný vývoj. V biologii je evoluce proces, kterým populace organizmů získává nové vlastnosti a předává je z generace na generaci.

37

Fagocytóza - pohlcování nežádoucích částic buňkami. Je součástí imunitních procesů, například v lidském těle. Konkrétně je to proces, který řadíme k tzv. nespecifické buněčné rezistenci. Fakultativní patogen - příležitostný patogen. Za určitých okolností je schopen žít jako saprofyt. Faseolin - látka s podobným účinkem jako inzulin. Obsažen v čerstvých částech fazolu, patří mezi signální proteiny. Fenoly - deriváty uhlovodíků obsahující hydroxylovou skupinu. Mají antiseptické vlastnosti. Aromatické sloučeniny. Fenotyp - soubor všech pozorovatelných vlastností a znaků organizmu. Vnější projev celé genetické informace organizmu (genotypu), na jehož vytváření se větší, či menší měrou podílí vliv vnějšího prostředí. Fenylpropan - derivát kyseliny skořicové. Významný konjugační partner volných kyselin. Flavonoidy - rostlinné pigmenty. Většina flavonoidů má antioxidační schopnosti, některé působí protizánětlivě. Jsou významnými konjugačními parametry volných polyamidů. Fosfolipidy - jsou tvořeny čtyřmi sloučeninami: mastné kyseliny, negativně nabitá fosfátová skupina, dusík obsahující alkohol a opěrný systém. Jsou hlavní složkou všech biologických membrán. Fylogeneze - proces vzniku, vývoje a vymírání organizmů. Fytoalexiny - nízkomolekulární antimikrobiální látky, které jsou syntetizovány a akumulovány v rostlinách po napadení mikroorganizmy a slouží rostlinám jako aktivní obranné látky; postinfekční metabolity rostlin. Produkty sekundárního metabolismu. Komplex organických sloučenin, vytvářený rostlinou v reakci na infekci a zabraňující dalšímu růstu patogena. Fytotoxiny - rostlinné jedy; produkty sekundárního metabolismu, slouží k ochraně rostliny (např. alkaloidy, některé glykosidy). Gameta - zralá pohlavní buňka. Gen - jednotka genetické informace (vloha). Úsek DNA plnící určitou funkci, nejčastěji určující složení jedné bílkoviny, nebo funkční RNA, ale také plnící regulační funkci. Genom - soubor všech chromozomových genů, které organizmus získává jako celek od svých rodičů. Genotyp - soubor genů (alel) buňky nebo jedince. Glykoprotein - bílkovina s navázanými skupinami cukrů. Tvoří většinu funkčních bílkovin. Haustorium - vysoce specializovaný orgán patogena, který vniká dovnitř buňky hostitele. Jeho primární funkcí je příjem živin z žijících buněk hostitele. Hemibiotrofie - přechodná forma mezi biotrofií a nekrotrofií. U hemibiotrofních organizmů je poměrně dlouhá biotrofní fáze, která později přechází v nekrotrofní. V průběhu interakce s hostitelskou rostlinou prochází hemibiotrofní organizmus třemi odlišnými fázemi - biotrofní, nekrotrofní a nakonec saprofytní. Hydroláza - skupina enzymů katalyzující štěpení látek za účasti vody. Hydroperoxidáza - peroxidázy (jako katalázy). Důležité enzymatické obranné systémy. Hydroxiprolin - aminokyselina, která je nutná například při konstrukci strukturálního proteinu kolagenu. Hypersensitivita - reakce k infekci, při které napadené buňky a sousední buňky rychle odumírají a patogenu je tak zabráněno šířit se dále. Výsledkem je silně lokalizovaná nekróza. Chitosan - lineární polysacharid. Chromatin - jaderná barvitelná hmota, směs nukleoproteinů. Chromozom - struktura, jejíž základ tvoří nukleová kyselina s lineárně uspořádanými geny a dalšími geneticky nefukčními úseky nukleotidů, a to vše obalené proteiny. Je nosičem genů.

38

Imunita - extremní forma rezistence. Po vystavení hostitelské rostliny patogenu není možné demonstrovat jeho přítomnost. Indukovaná rezistence - posílená rezistence náchylné rostliny k vnějším stimulům, biotické a abiotické povahy. Zvýšená rezistence může být lokalizována v místě ošetření induktorem nebo může být systémová. Internukleosomální DNA - fragmentace internukleosomální DNA je závěrečný krok v odstranění genomu v buňkách prodělávající apoptózu. Defektivní DNA fragmentace je spojena se zvýšenou rezistencí buněk k apoptóze. Izoenzymy - enzymy s geneticky odlišnou primární strukturou, produkované jedním organizmem a vykazující stejnou substrátovou a účinkovou specifitu. Mezi sebou se liší fyzikálně-chemickými parametry, funkčními vlastnostmi, buněčnou lokalizací nebo distribucí mezi tkáněmi. Izolát - populace mikroorganizmu získaná izolováním z hostitele nebo substrátu a udržovaná v čisté kultuře. Kataláza - je jeden z nejúčinnějších známých katalyzátorů v buňkách rostlin a zvířat. Vyvolává například přeměnu peroxidu vodíku k oxidování toxinů, včetně fenolů. Kievitone - komplex isoflavonoidů. Je silně indukován po zranění. Klonální - vegetativní rozmnožování (např. jahody). Koevoluce - proces, při němž členové dvou (nebo více) druhů recipročně podporují síly přirozeného výběru, kterými na sebe vzájemně působí. Například patogeny a jejich hostitelé. Konstitutivní enzymy - trvale přítomné v buňce ve víceméně stálé koncentraci. Kutin - heterogenní polymer, jehož hlavní složkou jsou mastné kyseliny. U rostlin impregnuje stěny pokožkových buněk prýtu (stonek, listy, květ) a je hlavní součástí kutikily. Kyselina deoxyribonukleová (DNA) - druh nukleové kyseliny, která je základem dědičné informace. Leucin - kódovaná esenciální ketogenní aminokyselina (při odbourávání poskytuje pouze takové produkty, z nichž lze biosynthesou získat mastné kyseliny, ne však sacharidy) s hydrofobním postranním řetězcem. Lignin - stavební složka dřeva. Plní hydrofobní funkci. Spojuje mezibuněčná vlákna a molekuly celuózy v rámci buněčných stěn. Lignifikace - ukládání ligninu do ztlustlých stěn cév a libriformních vláken. Zdřevnatění. Lipoxygenáza - enzym katalyzující okysličení mastných kyselin do hydroperoxidových derivátů. Lokus - místo na chromozomu nebo DNA, kde je umístěn určitý gen. Lubimin - fytoalexin. Lipoproteidy - biochemické seskupení, které obsahuje obojí, proteiny a lipidy. Mohou mít funkci stavební nebo katalytickou (např. enzymy). Major gen rezistence - rezistence ovládaná jedním nebo několika geny se širokým účinkem. Mastné kyseliny - organické kyseliny s dlouhým alifatickým řetězcem. Mají alespoň 8 uhlíkových atomů (monokarboxylové kyseliny obsahující karboxylovou skupinu – COOH). Součást mnoha biologicky důležitých látek. Metylová skupina - hydrofobní alkylová funkční skupina odvozená od metanu (CH4). Minor gen rezistence - rezistence ovládaná geny s malým účinkem. Dává nepřetržitý charakter v segregaci populací. Mitochondrie - organela (část buňky, subcelulární útvar). Eukaryotní buňky, v nichž jsou lokalizovány některé důležité katabolické procesy. Dýchací a energetické centrum buňky. Monocotyledon - jevnosnubné rostliny, jejichž semeno obsahuje jeden zárodečný list. Jednoděložné rostliny. Monogenní rezistence - rezistence kontrolovaná jedním, major, genem.

39

Monomer - nízkomolekulární látka; stavební prvek makromolekul. Molekula polymerních látek řetězového typu. Mutace - dědičná změna genotypu, která není podmíněna rekombinací a segregací vloh. NADP oxidáza - ústřední enzym oxidačního vzplanutí v cytoplazmatické membráně. Nekrotrofní patogen - usmrtí buňku hostitele, aby mohl získat živiny. Neúplná rezistence - rezistence, která není úplná; je tam nějaký růst patogena. Nukleová kyselina - biochemická makromolekulární látka tvořená polynukleotidovým řetězcem, který ve své struktuře uchovává genetickou informaci. Nachází se ve všech živých buňkách a virech. Nukleotid - základní stavební jednotka obou nukleových kyselin. Sloučenina skládající se z báze (obecně alkalická látka). Odrůda - soubor rostlin náležející k nejnižšímu stupni botanického třídění. Lze ji vymezit projevem znaků vyplývajících z určitého genotypu nebo kombinace genotypů. Odlišitelný od každého jiného souboru rostlin, projevem nejméně jednoho z těchto znaků a považovaný za jednotku rozmnožovatelnou beze změny. Oligogenní rezistence - podmíněna malým množstvím majorgenů (genů s velkým účinkem, většinou dominantním, nebo neúplně dominantním účinkem). Oligoglukany – cyklo-dextriny s cyklickou strukturou. Oligogalakturonidy – mohou indukovat inhibitory proteináz. Oligomer - složen z omezeného počtu monomerových jednotek. Oomycety - (řasovky) závazní saprofyti a paraziti cévnatých rostlin. Oxalátová oxidáza - katalyzuje oxidaci oxalátu na uhlíkatý dioxin a peroxid vodíku. Jako glykoproteiny v mezofylu listu (ječmene). Oxidáza - enzym katalizující oxidační/redukční reakci, zahrnující molekulární kyslík (O2) jako příjemce elektronu. V těchto reakcích je kyslík redukován na vodu nebo peroxid vodíku. Oxygenáza - enzym, který slučuje látku s kyslíkem. PAL (fenylalanin amonia lyáza) - enzym katalizující deaminaci L-fenylalaninu do formy trans-cinnamatu a čpavku; izolován z mnoha rostlin (např. kukuřice). Papila - bradavka; bradavičnatý výrůstek. Extrahaustoriální útvar, který se tvoří kolem haustoriálního krčku těsně pod povrchem stěny hostitele. Parazit - cizopasník; profituje na hostitelském organizmu. Obvykle do něj vniká a způsobuje jeho ochoření. Patogen - organizmus nebo virus schopný způsobit chorobu v hostiteli nebo v okruhu vytvářejích se hostitelů. Patogenita - schopnost patogena růst a vyvíjet se na hostiteli nebo ve svém hostiteli. Vyvolává v napadeném organizmu příznaky onemocnění. Patotyp - (ekvivalent k rase) populace patogena, ve které všichni jedinci mají společnou určitou patogenitu. Penetrace - část infekčního cyklu, při němž patogen nebo jeho infekční struktury pronikají do pletiv hostitele. Pektináza - enzym štěpící pektin. Permatin - protein toxický k houbám, ale ne k rostlinám. Nachází se, například, v zrnech obilovin. Peroxidáza - běžná u rostlin, živočichů a bakterií. Enzym rozkládající peroxid vodíku na kyslík a vodu pro snadné vyloučení z těla. Permeabilita - propustnost. Perturbace - malá, obvykle nečekaná změna pohybu, vlastnosti, či chování určité věci. Polygalacturonáza - enzym produkovaný houbami. Polygenní rezistence – podmíněná větším množstvím minor genů (genů s malým účinkem) a kumulativním účinkem. Rostlina je středně odolná ke všem rasám patogena.

40

Polyfenolová oxidáza - enzym přenášející kyslík. Jsou to měďnaté metaloproteiny, které katalyzují oxidaci fenolů na chinony na úkor kyslíku. Polymer - látka složená z molekul jednoho nebo více druhů atomu nebo skupin navzájem spojených. Polymerizace - spojování molekul monomerů mezi sebou do nižších a vyšších polymerů. Polypeptidy - lineární polymery tvořené zbytky aminokyselin, které jsou spojeny peptidovou vazbou. Polysacharid - základ buněčných stěn rostlinných tkání. Posthaustoriální - po tvorbě haustoria (posthaustoriální rezistence, specifická rezistence); tvorba infekčních struktur se zastaví až po tvorbě haustoria. Prekursor - sloučenina stojící na počátku biosyntetické dráhy určitého metabolitu. cAMP - cyklický 3´, 5´adenosin monofosfát. Protein - molekula složená z jednoho nebo více polypetidických řetězců, které jsou lineárními řetězci aminokyselin kovalentně spojených peptidickou vazbou. Proteináza - enzym katalyzující štěpení bílkovin. Proteinkináza - bílkovina enzymatické povahy nebo enzym ovlivňující jiné bílkoviny. Proton - elementární část atomu s elektrickým nábojem. Pyrokatechin - bílá krystalická látka fenolové řady nalezená v různých rostlinách. Rasa - všechny genotypy patogena, které nesou stejnou řadu genů avirulence. Rasově nespecifická nebo patotypově nespecifická rezistence – (horizontální) rezistence účinná ke všem genotypům patogena. Není tam žádná interakce odrůda - rasa. Poskytuje úplnou ochranu hostiteli proti určitému patotypu (rase) patogena. Rasově specifická rezistence nebo patotypově specifická rezistence - (vertikální) rezistence poskytuje hostiteli úplnou ochranu proti určitému patotypu (rase) patogena a projevuje se zejména hypersenzitivní reakcí. Receptor - (příjemce) bílkovina, nejčastěji v membráně, která specificky váže určitou látku z prostředí. Tato vazba v nich vyvolá změnu, jež má za následek biologickou odpověď buňky. Recesivní - (ustupující) znak, který se ze dvou možných u heterozygotních jedinců (jedinec nesoucí různé alely, od otce a od matky) určitého genu neprojeví. Redox potenciál - vyjádření míry schopnosti redox systému (oxidačně redukční systém) přivést jednoho z redukčních parametrů do oxidativního stavu. Rezistence - schopnost hostitele potlačit nebo zpomalit aktivitu patogena, která může mít mnoho forem. Rezistence je kvantitativní vlastnost a je nejlépe uvažována ve vztahu k virulenci patogena. Rezistence v dospělosti - pouze mladé tkáně hostitele jsou náchylné k patogenu. Dospělé tkáně jsou plně rezistentní. Rhizobakterie - bakterie kolonizující povrch kořenů, kde jim rostlinné exhudáty a lyzáty poskytují živiny. Stimulují růst rostlin. Ribosomy - buněčné organely, složitější buněčné struktury se specifickou funkcí. RNA - ribonukleová kyselina. Vysoko nebo nízkomolekární organická sloučenina (nukleová kyselina) tvořená kyselinou fosforečnou, D-ribosonem a dusíkatými fázemi adeninu, guaninu, cytosinu a thyminu. Molekula RNA se podílí na syntéze bílkovin. U některých virů je nositelem genetické informace. ROS (reactive oxygen species) – ionty nebo velmi malé molekuly (iont, volné radikály a peroxidy). Má důležitou úlohu v buněčném signalizování. Saprofyt - organizmus žijící na mrtvé organické látce rostlinného původu. Sekvence - je pořadí jednotek v lineárním řetězci; buď nukleotidů v nukleové kyselině nebo aminokyselin v peptidu, či bílkovině. Semenáčová nebo celková rezistence - rezistence vyjádřená ve všech stádiích rostliny. Výběr pro tuto rezistenci se obvykle dělá ve stádiu semenáčů. Je často kontrolována rasově

41

specifickými major-geny a je považována za ne-trvalou rezistenci. Účinná po celou ontogenezi. Serologická reakce - specifická reakce mezi antigenem a protilátkou. Při pozitivní reakci mezi antigenem a homologickou protilátkou se tvoří komplexy, které mohou být detekovány vizuálně nebo měřením. Stomata – průduchy. Zajišťují výměnu plynů mezi rostlinou a okolním prostředím. Jsou tvořeny dvěma svěracími buňkami, které mezi sebou vytváří průduchovou štěrbinu. Subcelulární organizmy - (nebuněčné) viry, viroidy, virusoidy. Různorodá skupina struktur nacházejících se na pomezí živých a neživých systémů. Superoxid - hydroxylový a jiný radikál kyslíku. Je součástí obranného mechanizmu. Systemin - systémový hormon nalezený u rostlin. Vyvolává rychlé reakce buňky a zajišťuje proniknutí do časných událostí transdukčních drah. Transdukce - změna z jedné formy na jinou. Transgeneze - přenos genů nebo souboru genů z určitého organizmu do jiného systematicky vzdáleného. Thaumatin - protein. Řada těchto proteinů ukazuje in vitro významnou inhibici růstu hyf a sporulace různých hub. Tylóza - fenolové sloučeniny. Jemně granulovaný kysličník křemičitý bude chemicky reagovat, aby vytvořil sloučeniny křemíku. Ty jsou pak reaktivní s aldehydovými a epoxidovými sloučeninami k vytvoření pryskyřičných produktů. Volný radikál - nestabilní, reaktivní sloučeniny s nepárovým elektronem, jejichž prekurzorem jsou peroxidy a hydroperoxidy; účastníci oxidačně-redukčních reakcí. Viroidy - částice podobné rostlinným virům, ale jednodušší stavby, tvořené jednořetězcovou molekulou RNA uzavřenou do kružnice; nemají bílkovinný obal; patogenní pro rostliny. Virus - částice tvořená nukleovou kyselinou, obklopenou bílkovinným obalem (pláštěm); schopná proniknout do buňky a v ní se množit. Virusoid - infekční agens, tvořené jednořetězcovou ribonukleovou kyselinou (RNA, RNK), napadající rostliny. Na rozdíl od viroidů se však virusoidy nemohou replikovat nezávisle, nýbrž vyžadují pomocný virus, na kterém vlastně parazitují. Virulence - doplněk pro rasově-specifickou rezistenci; schopnost rasy být patogenní pouze na jisté genotypy hostitele. V těchto genotypech hostitele se nedostává funkčních virulentních genů souhlasných s geny rezistence. Volný radikál - (peroxid, peroxid vodíku) rostliny je rozmisťují tak, aby zabily ty buňky, jež jsou napadány patogeny. Nestabilní, reaktivní sloučeniny s nepárovým elektronem, jejichž prekurzorem jsou peroxidy a hydroxyperoxidy. Účastní se oxidačně-redukčních reakcí. Xylanázy - enzymy, které degradují polysacharid beta-1,4-xylan na xylózu (dřevný cukr) a tak rozkládají hemicelulózu, jež je hlavní složkou buněčné stěny rostlin. Xylóza - polysacharid obsažený v některých stéblech a dřevě; dřevný cukr.

42

Literatura Abeles F. B., Morgan P.W., Saltveit Jr. M. E. (1992):Ethylene in plant biology, 2nd edn. San Diego, CA: Academic Press. Agrios G. N. (1997): Plant Pathology, 4th ed. (New York: Academic Press), 43–62. Agrios G. N. (1988): Plant Patology. 3rd Ed. Academic Press Inc., San Diego, USA. Aist J. R., Bushnell W. R. (1991): Invasion of plant hosts by powdery mildew fungi and cellular mechanism of resistance. In GT Cole, HC Hoch, eds, The Fungal Spore and Disease Initiation in Plants and Animals. Plenum Press, New York, pp 321–345. Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (1994): Molecular biology of the cell. Published by Garland Science, a member of the Taylor & Francis Group, 29 West 35th Street, New York, NY 10001-2299. Alvarez M. E. (2000): Salicylic acid in the machinery of hypersensitive cell death and disease resistence. Plant Mol. Biol. 44: 429-442. Andrivon D., De Vallavieille-Pope (1993): Racial diversity and komplexity in regional populations of Erysiphe graminis f.sp. horde iin France over a 5-year peroid. Plant Pathology 42: 443-464. Anguelova V. S., van der Westhuizen A. J., Pretoriu Z. A. (1999): Intercellular proteins and β-1,3-glucanase activity with leaf rust reistance in wheat. Physiologia Plantarum, Aschaller a Ryan, 1996. Apel K., Hirt H, (2004): Reactive oxigen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annual Review of Plant Pathology 55: 373-379. Aust H. J. (1976): Light intensities affecting incubation period of Erysiphe graminis f.sp. hordie with special reference to leaf temperature. Poljopriv. Znanst. Smotra, 39: s. 243. Baker C. J., Orlandi E. W. (1995): Active oxygen in plant pathogenesis. Annu Rev. Phytopathol. 33: 299-321. Bartoš P. (1979): Ochrana rostlin. Odolnost zemědělských rostlin k chorobám. Státní pedagogické nakladatelství Praha, 1-122. Bartoš P. (1991): Odolnost zemědělských rostlin k chorobám. Vysoká škola zemědělská Praha, 1-119. Beardmore J., Ride J. P., Granger J. W. (1983): Cellular lignification as a factor the hypersensitive resistence of wheat to stem rust. Physiol. Plant Pathol. 22: 209-220. Bell A. A. (1981): Biochemical mechanisms of disease resistence. Annu. Rev. Plant Physiol. 32: 21-81. Benhamou N., Nicole M. (1999): Cell biology of plant immunization against microbial infection: The potential of induced resistance in controlling plant diseases. Plant Physiol. Biochem. 37: 703–719. Biffen R. H. (1905): Mendel´s law of inheritance and wheat breeding. J. Agric. Sci. 1: 4-48. Blumwald E., Aharon G. S., Lam B.,C-H. (1998): Early signal trasduction pathways in plantpathogen interactions. Trends Plant Sci., 3: 342-346. Bogdanove A. J. (2002): Protein-protein interactions in pathogen recognition by plants. Plant Molecular Biology 50: 981-989. Bohlmann H. (1994): The role of thionins in plant protection. Critical Rewiews in Plant Science 13: 1-16. Bol J. F., Linhorst H. J. M., Cornelissen B. J. C. (1990): Plant pathogenesis-related proteins induced by virus infection. Annu. Rev. Phytopathol. 28: 113-138. Boller, T. (1990): Ethylene and plant-pathogen interactions. In: Polyamines and Ethylene: Biochemistry, Physiology, and Interactions, H.E. Flores, R.N. Arteca and J.C. Shannon, eds., American Society of Plant Physiologists, Rockville, 138-145.

43

Bolwell G. P. (1999): Role active oxigen species and NO I plant defence responses. Current Opinion of Plant Biology 2: 287-294. Bolwell G. P., Bull V. S., Davies D. R., Zimmerlin A. (1995): The origin of the oxidative burst in plants. Free Rad. Res. Com. 23: 517-532. Bostock R. M., Karban R., Thales J. S., Weyman P. H., Gilchrist D. (2001): Signal interactions in induced resistence to pathogens and insect herbivores. European Journal of Plant Patology 107: 103-111. Bowles D. J. 1990. Defense-related proteins in higher plants. Annu. Rev. Biochem. 59: 873Broekaert W. F., Teras F. R. G., Cammue B. P. A., Sborn R. W. (1995): Plant defensins: novel antimicrobial peptides as components of the defense system. Plant Physiol. 108: 1353-1358. Broekaert W. F., Cammue B. P. A., De Bolle M. F. C., Thevissen K., De Samblanx G. W., Osborn R. W. (1997): Antimicrobial peptides from plants. Critical Rewiews in Plant Scieices. 16: 297-323. Broglie K., Chet L., Holliday M., Cressman R., Bidle P., Knowlton S., Mauvaris C. J., Broglie R. (1991): Transgenic plants with enhanced resistence to the fungal pathogen Rhizoctonia solani. Science 254: 1194-1197. Browder L. E., Eversmeyer M. G. (1977): Pathogenicity assotiations in Puccinia recondita tritici. Phytopathology 67: 766-771. Brown J. K. M. (1995): Pathogens response to the management of disease resistence genes. P. 75-102. In J. H. Andrews and I. C. Tommerup (ed.), Advances in Plant Pathology, vol.11. Academic Press, New York. Brown J. K. M. (1999): The evolution of sex and recombination in fungi. Pages 73-95 in: Structure and Dynamics of Fungal Populations. J. Worrall, ed. Kluwger Academic Publisher, Dordrecht, the Netherlands. Burdon J. J (1993): Genetic variation in pathogen populations and its implications for adaptation to host resistence. P. 41-56. In T. Jacobs and J. E. Parlevliet (ed.), Durability of Disease Resistence. Kluwer, Dordrecht. Bülow L.; Schindler M.; Choi C.; Hehl R. (2004): PathoPlant®: A Database on PlantPathogen Interactions. In Silico Biology 4, 0044; ©2004, Bioinformation Systems e.V. Caldwell, R. M. (1968): Breeding for general and/or specific plant disease resistance. In Proc. 3rd Int. Wheat Genetics Symp., p. 263-272. Canberra, Australia. Cameron, R. K., R. A. Dixon, Lamb C. J. (1994): Biologically induced systemic acquired resistance in Arabidopsis thaliana. Plant J. 5, 715–725. Carver T. L. W., Bushnell W. R. (1983): The probable role of primary germ tubes in water uptake before infection by Erysiphe graminis Physiological Plant Pathology 23: 229-240. Carver T. L. W. (1988): Pathogenesis and host-parasite interaction in cereal powdery mildew. Pages 351-381 in: Experimental and Conceptual Plant Pathology. R. S. Singh, U. S. Singh, W. M. Hess, and D. J. Weber, eds. Gordon and Breach, New York. Carver T. L. W., Kunoh H., Thomas B. J., Nicholson R. I. (1999): Relase and visualization of the extracellular matrix of conidia of Blumeria graminis. Mycol. Res. (5), 103: 547 - 560. Chamberlain M., Ingram D. S. (1997): The balance and interplay between asexual and sexual reproduction in fungi. Advanced in Botanical Research Incorporating Advances in Plant Pathology 24: 71-87. Chappell J., Hahlbrock K., Boller T. (1984): Rapid induction of ethylene biosynthesis in cultured paraley cells by fungl elicitor and its relation-ship to the induction phenilalanine amonia-lyase (Phytophtora megasperma). Planta 161: 475-480.

44

Chen Z., Silva H., Klessing D. F. (1993): Aktive oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid. Science 262: 1883-1886. Ciardi J. A., Tieman D. M., Jones J. B., Klee H. J. (2001): Reduced expression of the tomato ethylene receptor gene LeETRA enhances the hypersensitive response to Xantomonas campesdris. Mol. Plant-Microbe Interact 14: 487-495. Collinge, D. B., Slusarenko, A J. (1987): Plant gene expression in response to pathogens. Plant Mol. Biol. 9, 389-410. Collinge D. B., Milligan D. E., Dow J. M., Scofield G., Daniels M. J. (1987): Gene expression in Brassica campestris showing a hypersensitive response to the incompatible pathogen Xanthomonas campestris pv. vitians. Plant Molec. Biol. 8: 405-411. Collinge D. B., Kragh K. M., Mikkelsen J. D. Nielsen K. K., Rasmussen U., Vad, K. (1993): Plant chitinases. Plant J. 3: 21-40. Conrath U., Chen Z., Ricigliano J. R., Klessig D. F. (1995): Two inducers of plant defense response, 2,6-dichloroisonicotinic acid and salicylic acid, inhibit catalase aktivity in tobacco. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 7143-7147. Cooper, J. I., Jones, A. T. (1983): Responses of plants to viruses: proposals for use of terms. Phytopathology 73: 127-128. Cornelissen B. J. C. (2000): Plant-pathogen interactions. Coste L., Dorey S., Friting B., Kaufmann S. (2002): A pharmacological approach to test the diffusiable signal activity of reactive oxigenintermediates in elicitor-treated tabacco leaves. Plant and Cell Physiology 43: 91-98. Creelman R. A., Mullet J. E. (1997): Biosynthesis and action of jasmonates in plants. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48: 555-581. Croft K. P. C., Jűttner F., Slusarenko A. J. (1993): Volatile products of the lypoxygenase patway evolved from Phaseolus vulgarit (L.) leaves inoculated with Pseudomonas siringae pv phaseolicola. Plant Physiol.101: 13-24. Dangl J. L, Jones J. D. G. (2001): Plant pathogens and integrated defense response to infection. Nature 411: 826-833. Darlington C. D., Mather K. (1949): The elements of genetics, London, Allen & Unwin. Davidson A. D., Manners J. M., Simpson R. S., Scott K. J. (1987): cDNA cloning of mRNAs induced in resistant barley during infection of Erysiphe graminis f.sp. hordei. Plant Molec. Biol. 8: 77-85. Deacon J. (2000): The Microbial World. Institute of Cell and Molecular Biology, The University of Edinburgh. Delledonne M., Zeiler J., Marocko A., Lamb Ch. (2001): Signal interactions between nitric oxide and reactive oxygen intermediates in the plant hypersensitive resistence response. PNAS 6, 98: 13454-13459. Díaz J., ten Have A., van Kan J. A. I. (2002): The role of ethylene and wound signaling in resistance of tomato to Botrytis cinerea. Plant Physiology 129:1341-1351. Dodds P. N., Lawrence G. J., Ellis J. G. (2001): Six amino acid changes confined to the leucine-rich repeat β-strand/β-turn motif determine the diference between the P and P2 rust resistence specificities in flax. Plant Cell 13: 495-506. Doke N. (1983): Generation of superoxide anion by potato tuber protoplasts during the hypersensitive response to hyphal wall components of Phytophtora infestans and specific inhibition of the reaction by suppressors of hypersensitivity. Physiol. Plant Pathol. 23: 359-367.

45

Doke N., Ohashi Y. (1988): Involvement of an O2- generatin system in the induction of necrotic lesions on tobacco leaves infected with tobacco mosaic virus. Physiol. Mol. Plant Pathol. 32: 163-175. Durrant W. E., Dong X. (2004):Systemic acquired resistance. Annual Review of Fhytopathology 42: 185-209. Ebel J., Cosio E. G. (1994): Elicitors of plant defense response. International Review of Cytology 148: 1-36. Ellis J. G., Lawrence G. J., Luck J. E., Dodus P. N. (1999): Identification of regions in allels of the flay rust resistence gene L that determine differences in gene-for-gene specifity. Plant Cell 11: 495-506. Eshed N., Wahl I. (1970): Host ranges and interrelations of Erysiphe graminis hordei, E. graminis tritici, and E. graminis avenae. Phytopathology 60:628-634. Eshed N., Dinoor A. (1980): Genetics of pathogenicity in Puccinia coronata: pathogenic specialization at the host genus level. Phytopathology 70:1042-1046. Eyal Z., Levy E. (1987): Variation in pathogenicity patterns of Mycosphaerella graminicola within Tritium spp. In Izrael. Euphytica 36: 237-250. Eyal Z. (1999): The Septoria tritici and Stangospora nodorum blotch diseases of wheat. Eur. J. Plant Pathol. 105: 629-641. Fan X. T., Mattheis J. P., Roberbs R. G. (2000): Biosynthesis of phytoalexin in carrot root requires ethylene action. Physiol. Plant 110: 450-454. Farmer E. E. (1994): Fatty acid signaling in plants and their associated microorganisms. Plant Mol. Biol. 26: 1423-1437. Felton G. W., Korfth K. L, Bi J. I., Wesley S. V., Huhman D. V., Mathews M. C., Murphy J. B., Lamb C., Dixon R. A. (1999): Inverse relationship between systemic resistence of plants to microorganisms and to insect herbivory. Curr. Biol. 9: 317-320. Fermin-Muňoz G. A. (2000): Enhancing a plants resistance with genes from plant kingdom. American Phytopathological Society. Flor H. H. (1955): Host-parasite interaction in flax rust – its genetics and other implications. Phytopathology 45: 680-685. Frank, S. A. (1994): Recognition and polymorphism in host-parasite genetics. Philosophical Transaction of the Royal Society of London B 346: 283-293. Fritig B. T., Heitz M. L. (1998): Antimicrobial proteins in induced plant defense. Curr. Opin. Immunol. 10: 16-22. Garcö a-Olmedo F., Molina A., Segura A., Moreno M. (1995): The defensive role of nonspecific lipid-transfer proteins in plants. Trends in Mikrobiology 3: 72-74. Gechev T. S., Hille J. (2005): Hydrogen peroxide as a signal controlling plant programmed cell death. Journal of Cell Biology 168: 17-20. Goodman R. N., Király Z., Wood K. R. (1986): The Biochemistry and Physiology of Plant Disease. University of Missouri Press, Columbia. Goodwin S. B., Sujikowski L. S., Fry W. E. (1995): Rapid evolution of pathogenicity within clonal lineages of the potato bloght disease fungus. Phytopathology 85: 669-676. Greenberg, J. T. (1997): Programmed cell death in plant-pathogen interactions. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48: 525-545. Greenberg J. T., Silvermann F. P., Liang H. (2000): Uncoupling salicylic acid dependent cell death and defense-related response from disease resistence in Arabidopsis. Genetics 156: 341-350. Groth J. V., Roelfs A. P. (1982): Effect of sexual and asexual reproduction on race abundance in cereal rust fungus populations. Phytopathology 72: 1503-1507.

46

Groth J. V., McCain J. W., Roelfs A. P. (1995: Virulence and isozyme diversity of sexual vs. asexual collections of Uromyces appendiculatus (bean rust fungus). Heredity 75: 234-242. Hahn M. G. (1996): Microbial elicitors and their receptors in plants. Annu. Rev. Phytopathol. 34: 387-412. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. (1984): Oxygen toxicity, oxygen radicals, transition metals and diseases. Biochem J. 219: 1–4. Halliwell B., Gutteridge J. M. C. (1990): Role of free radicals and cytalytic metal ions in human disease: An overview. Metods Enzymol. 186: 1-85. Hammond-Kosack K. M.; Jones J. D. G. (1996): Resistence gene-dependent plant defense response. Plant Cell 8: 1773-1791. Hammond-Kosack K. M.; Jones J. D. G. (1997): Plant disease resistence genes. Annu. Rex. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48: 575-607. Hammond-Kosack K, Jones JDG (2000): Responses to plant pathogens. In: Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL (eds) Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists, Rockville, Md. Hartl D. L., Clark A. G. (1997): Principe Soft Population Genetics. 3rd ed. Sinauer Associates Inc., Sunderland, MA. Hau B., de Vallavieille-Pope C. (1998): Case study: wind-dispersed diseases, p. 323-347. In D. G. Jones (ed.), The epidemiology of plant diseases. Kluwer Academic Publishers, Boston, Mass. Heath M. C. (1980): Reaction of nonsusceptible hosts to fungl pathogens. Annu. Rev. Phytopathol. 18: 211-236. Heath M. C. (1997): Signalling between Pathogenic Rust Fungi and Resistant or Susceptible Host Plants. Annal of Botany 80: 713-720. Heath M. C. (1991): The role of gene-for-gene interactions in the determination of host species specifity. Phytopathology 81: 127-130. Heath M. C. (2000): Hypersensitive response-related death. Plant Mol. Biol. (3), 44: 321334. Heath M. C. (2002): Cellular interactions between biotrophic fungl pathogens and host or nonhost plants. Can. J. Plant Pathol. 24: 259–264. Heath M. C. (2004): In search of durable resistance. 11th International Cereal Rusts & Powdery Mildew Conference, John Innes Centre, Norwich, UK, 22-27 August 2004. Hedrick P. W. (1985): Genetics of Populations. Jones & Bartlett, Boston. Hislop E. C., Hoad G. V., Archem S. A. (1973): The invelovement of ethylene in plant diseases. In: BURDE W., CUTTING C. V. (eds): Fungl Pathogenicity and the Plant´s Response. Acad. Press, New York, 87-117. Holub E. B., Beynon J. L, Crute I. R. (1994): Phenotypic and genotypic characterization of interactions between isolates of Peronospora parasitova and accessions of Arabidopsis thaliana. Mol. Plant-Microbe Interact. 7: 223-239. Honée G. (1999): Engineered resistence against fungl pathogens. Eur. J. Plant Pathol. 105: 319-326. Hudcovská L. (2002) : Oxidativní stres v rostlinách-reaktivní radikály a antioxidační ochrana. Výzkumné centrum pro chemii životního prostředí a ekotoxikologii, Přírodovědecká fakulta Masarykovy Univerzity v Brně. Ročníková práce, 1-32. Hunter T., Coker R. R. and Royal D. J. (1999): The telomorph stage, Mycosphaerella graminicola, in epidemics of septoria tritici blotch on winter wheat in the UK. Plant Pathol. 48: 51–57.

47

Jia Y., McAdams S. A., Bryan G. T., Hershey H. P., Valent B. (2000): Direkt inteaction of resistence gene and avirulence gene products confers rice blast resistence. EMBO J. 19: 4004-4014. Johnson R. (1988): Durable resistance to yellow (stripe) rust in wheat and its implications in plant breeding. In N. W. Simmonds & S. Rajaram, eds. Breeding strategies for resistance to the rusts of wheat, p. 63-75. Mexico, DF, CIMMYT. Jones D. A., Jones J. D. (1997): The role of leucine-rich repeat proteins in plant defences. Adv Bot Res 24: 89-167. Jones J. D. G. (2001): Putting knowledge of plant disease resistence genes to work. Curr. Opin. Plant Biol. 4: 281-287. Keppler L. D., Novacy A. (1986): Involvement of membrane lipid-peroxidation in the development of a bacterially induced reaction. Phytopathology 76: 104-108. Kema G. H J., Sayound R., Annone J. G., Van Silfhout C. H. (1996): Genetic variation for virulence and resistence in the wheat-Mycosphaerella graminicola pathosystem.II. Analysis of interactions between pathogen isolates and host cultivars. Phytopathology 86: 213-220. Kessler, A., Baldwin I. T. (2002): Plant responses to insect herbivory: The emerging molecular analysis. Annu. Rev. Plant Biol. 53: 299–328. Kita N., Toyoda H., Shishiyama J. (1981): Chronological analysis of cytological responses in powdery-mildewed barley leaves. Can J Bot. 59: 1761–1768. Klement Z. (1982): Hypersensitivity. In: Mount MS, Lacy GH (eds) Phytopathogenic Prokaryotes, Vol. II. Academic Press, London pp. 140-177. Klessig D. F., Malamy J., (1994): The salicylic acid signal in plants. Plant Mol. Biol. 26: 1439-1458. Koga H., Zeyen R. J., Bushnell W. R., Ahlstrand G. G. (1988): Hypersensitive cell death, autofluorescence, and insoluble silicon accumulation in barely leaf epidermal cells under attack by Erysiphe graminis f.sp. hordei. Physiol. Mol. Plant Pathol. 32: 395409. Koiwa H., Bressan R. A., Hasegawa P. M. (1997): Regulation of protease inhibitors and plant defense. Trends in Plant Science 2: 379-384. Kondrashov A. S. (1982): Selection against harmful mutations in large sexual and asexual populations. Genet. Res. 40: 325–332. Kondrashov A. S. (1988): Deleterious mutations and the evolution of sexual reproduction. Nature 336, P435. Kuć J. (1995): Phytoalexins, stress metabolism, and disease resistance in plants. Anni. Rev. Phytopathol. 3: 275-297. Kunoh, H. (1982): Primary germ tubes of Erysiphe graminis conidia. In Plant Infection: The Physiological and Biochemical Basis, Y. Asada, W. R. Bushnell, S. Ouchi, and C. P. Vance, eds (Tokyo: Japan Scientific Society Press), 45–59. Lamb C., Dixon R. A. (1997): The oxidative burst in plant disease resistence. Annu. Rev. Plant Physiol. Biol.48: 251-275. Lam, E., Kato, N., Lawton, M. (2001): Programmed cell death, mitochondria and the plant hypersensitive response. Nature 411: 848-853. Lauge R., Joosten M. H., Haanstra J. P., Goodwill P. H., Lindhout P., and De Wi P. J. (1998): Successful search for a resistance gene in tomato targeted against a virulence factor of a fungal pathogen. Proc. Natl. Acad. Sei. U. S. A. 95: 9014-9018. Lawton, K., Weymann K., Friedrich L., Vernooij B., Uknes S., Ryals J. (1995): Systemic acquired resistance in Arabidopsis requires salicylic acid but no ethylene. Mol. Plant-Microb. Interact. 6: 863–870.

48

Leon J., Shulaev V., Yalpani N., Lawton M. A., Raskin I. (1995): Benzoic acid 2-hydrolase, a soluble oxygenase from tobacco, catalyzes salicylic acid biosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 10413-10417. Leon J., Rojo E., Titarenko E., Sánchez-Serrano J. J. (1998): JA-dependent and -independent wound signal transduction pathways are differentially regulated by Ca2+/calmodulin in Arabidopsis thaliana. Molecular and General Genetics 258: 412–419. Leppik E. E. (1965): Some viewpoints on the phylogeny of rust fungi.V. Evolution of biological specialization. Mycologia 67: 6- 22. Levine A., Tenhaken R., Dixon R., Lamb C. (1994): H2O2 from the oxidative burst orchestrates the plant hypersensitive disease resistence response. Cell 79: 583-593. Limpert E., Bartoš P. (1997): Analysis of pathogen virulence as decision support for breeding and cultivar choice. In: Resistence of Crop Plants Against Fungi, ed. H. Hartleb, H. Heitefuss and H-H. Hope, Fischer, Jena, 401-424. Limpert E., Godet F., Miller K. (1999): Dispersal of cereals mildews across Europe. Agricultural and Forest Mikrobiology 97: 293-308. Limpert E., Amman K. Bartoš P., Graber W. K., Kost G., Fuchs J.G. (2004): Airborne Migration of Obligate Nomands Demonstrates Gene Flow Across Euroasia. In: Werner D. (Edit.): Biological Recources and Migration. Springer, Berlin, 339-352. Linthorst H. J. M. (1991): Pathogenesis-related proteins in plants. Crit. Rev. Plant Sci. 10: 123-150. Lui D., Reghothama K. G., Hasegawa P. M., Bressan R. (1994): Osmotion overexpression in potato delays development of disease symptoms. Proccedings of the National Academy Sciences USA 91: 1888-1892. Lund L. R., Romer J., Thomasset N., Solberg H., Pyke C., Bissell M. J., Dano K., Werb Z. (1996): Two distinct phases of apoptosis in mammary gland involution: proteinaseindependent and dependent pathways. Development 122: 181-193. Lyngkjaer M. F., Østerdárd H., Munk L. (1994): Papilla formation in leaves of mlo-resistant berley attecked by mlo-virulent powdery mildew. 3rd Cereal Mildew Workshop COST 817, Zűrich/Kappel am Albis, Nov. 5-10. Lyon G. D., Newton A. C. (1997): Do resistance elicitors offer new opportunities in integrated disease control strategies? Plant pathology 46: 636-641. Lyon G. D.: (2002): Plant/pathogen interactions at cellular level.. Programme, Scottish Crop Research Institute, Invergowrie, Dundee DD2 3DA, Scotland, UK. Malcuit I., Marano M. R., Kavanagh T. A., De Jong W., Forsyth A., Baulcombe D. C. (1999): The 25-kDa movement protein of PVX elicits Nb-mediated hypersensitive cell death in potato. Mol Plant–Microbe Interact 12:536-543. Maleck K., Lawton K. (1998): Plant strategies for resistance to pathogens. Curr.Opin.Plant.Biol. 9: 208-213. Martin G. B. (1999): Functional analysis of plant disease resistance genes and their downstream effectors. Curr. Opin.Plant. Biol. 2: 273-279. Mauch-Mani B., Slusarenko,A. J. (1996): Production of salicylic acid precursors is a major function of phenylalanine ammonia-lyase in the resistance of Arabidopsis to Peronospora parasitica. Plant Cell 8: 203-212. McDonald B. A., Pettway R., Chen R. S., Boeger J. M., Martinez J. P. (1995): The population genetics of Septoria tritici (telemorph Mycosphaerella graminicola). Canadian Journal of Botany 73: 292-301. Bruce A- McDonald (2004): Population Genetics of Plant Pathogens. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-A-2004-0524-01. McDowell J. M., Dangl J. L. (2000): Signal transduction in the plant immune response. Trends Biochem. Sci. 25: 79-82.

49

Mullen M. P., Lamey A. H. (2001): Plant dieases development and management. EB-31 (Revised), February. Mehdy M. C. (1994): Active oxygen species in plant defense against pathogens. Plant Physiol. 105: 467-472. Meinel, A., Unger, O. (1998): Breeding aspects of partial resistance to airborne pathogens in wheat. Czech. J. Genet Plant Breed. 34: 103-106. Melchers L. S., Sela-Buurlage M. B., Vloemans S. A., Woloshuk C. P., Van Roekel J. S. C., Pen J., Van den Elzen P. J. M., and Cornelissen B. J. C. (1993): Extracellular targeting of the vacuolar tobacco proteins AP24, chitinase and b-1,3-glucanase in transgenic plants. Plant Mol. Biol. 21: 583–593. Michelmore R. W., Meyers B. C. (1998): Cluster soft resistence genes in plants evolve by divergent selection and a birth-and-death process. Geonome Res. 8: 1113-1130. Moiseyev G. P.; Fedoreyeva L. I; Zhuravle Y. N.; Yasnetskaya E.; Jekel .A.; Beintema J. J. (1997): Primary structures of two ribonucleases from ginseng calluses. New members of the PR-10 family of intercellular pathogenesis related plant proteins. FEBS Letters 407: 207-210. Moncrieff A. (2003): The genetic basis of host-pathogen specifity in plant disease resistance. Copyright © University of Sydney, Last updated December, 2003. Montalbini P., Elstner W. E. F. (1997): Ethylene evolution by rust-infected, detached bean (Phaseolus vulgaris L.) leaves susceptible nad hypersensitive to Uromyces phaseoli (Pers.). Wint. Planta 135: 301-306. Nelson R. R. (1978): Genetics of horizontal resistence to plant diseases. Annu. Rev. Phytopathol. 16: 359-378. Niki T., Mitshura I., Seo S., Ohtsubo N., Ojasni Y. (1998): Antagonistic effect of salicylic acid and jasmonic acid on the expression of pathogenesis-related (PR) protein genes in wounded mature tobacco leaves. Plant Cell Physiol. 39: 500-507. Niks R. E.(1986): Failure of haustoria development as a factor in slow growing and development of Puccinia hordei in partial resistant barely seedlings. Physiol. Mol. Plant Pathol. 28: 309-322. Niks R. E., Skinne H. (1998): Partial resistance. Airborne pathogens on cereals. Population studies of airborne pathogens on cereals as a means of improving strategies for disease control. COST Action 817, Annual report, 138-141. Niks R. E., Rubiales D. (2002): Potentially durable resistence mechanisms in plants to specialised fungal pathogens. Euphytica 124: 201-216. Nimchuk Z., Rohmer L., Chang J. H., Dangl J. L. (2001): Knowing the dancer from the dance: R-gene products and their interactions with other proteins from host and pathogen. Curr. Opin. Plant Biol. 4: 288-194. Nürnberger T., Nennstiel D., Jabs T., Sacks W. R., Hahlbrock K., Scheel D. (1994): High affinity binding of a fungal oligopeptide elicitor to parsley plasma membranes triggers multiple defence responses. Cell 78: 449-460. Nűmberger T.; Scheel D. (2001): Signal transmission in the plant immune response. Trends Plant Sci. 6, 372-379. O'Hara R. B., Brown J. K. M., (1996): Frequency- and density-dependent selection in wheat powdery mildew. Heredity 77: 439-447. Palauqui J. et al. (1997): Systemic acquired silencing: trans-gene specific post-transcriptional gene silencing is transmitted by grafting from silence stock to non-silenced ecions. EMBO Journal 16: 4738-4745. Palmer C-L., Skinner W. (2002): Mycosphaerella graminicola: latent infection, crop devastation and genomics. Molecular Plant Pathology ( 2 ), 3: 63-70.

50

Parlevliet J. E. (1975): Partial resistance of barley to leaf rust, Puccinia hordei. I. Effect of cultivar and development stage on latent period. Euphytica 24: 21-27. Parlevliet J. E. (1986): Pleiotropic association of infection frequency and latent period of two barley cultivars partially resistant to barley leaf rust. Euphytica 35: 267-272. Parlevliet J. E. (1996): Reproduction systems of biotrophic nad hemi-biotrophic fungal leaf pathogens and their consequences for breeding for resistance. Proc. Of the 9th European and Mediterranean Cereal Rust & Powdery Mildew Conference 2-6 September, Lunteren, The Netherlands. Peever T. L., Zeigler R. S., Dorrance A. E., Correa-Victoria F. J., Martin S. St. (2000): Pathogen population genetics and breeding for disease resistance. The APS Annual Meeting Symposium, Pathogen Population Genetics and Its Impact on Breeding for Disease Resistance. Pegg, G. F. (1976): The involvement of ethylene in plant pathogenesis. In: Heitfuss R, Williams PH., editors. Encyclopedia of Plant Pathology, New Series. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag;. pp. 582–591. Pena-Cortes H., Albrecht T., Prat S., Weiler E. W., Willmitzer L. (1993). Aspirin prevents wound-induced gene expression in tomato leaves by blocking jasmonic acid biosynthesis. Planta 191: 123-128. Peng M, Kuc J. (1992): Peroxidase-generated hydrogen peroxide as a source of antifungal activity in vitro and on tobacco leaf disks. Phytopathology 82: 696-699. Pieterse C. M. J., van Pelt J. A., Ton J., Parchmann S., Müller M. J., Buchala A. J., Métraux J. P., van Loon L. C. (2000): Rhizobacteria-mediated induced systemic resistance (ISR) in Arabidopsis requires sensitivity to jasmonate and ethylene but is not accompanied by an increase in their production. Physiological and Molecular Plant Pathology 57: 123-134. Piffanelli P., Devoto A., Schulze-Lefert P. (1999): Defence signalling in cereals. Curr.Opin.Plant.Biol. 2: 295-300. Piterková J., Tománková K., Luhová L., Petřivalský M., Peč P. (2005): Oxidativní stres: lokalizace tvorby aktivních forem kyslíku a jejich degenerace v rostlinném organismu. Che. Listy 99: 455-466. Pnini-Cohen S., Zilberstein A., Schuster S., Sharon A., Eyal Z. (2000): Elucidation of Septoria tritici-wheat interactions using GUS-expressing isolates. Phytopathology 90: 297-304. Pontier D.; Balague C.; Roby D. (1998): The hypersensitive response. C.R. Acad. Sci. III, Sci. Vie 321. 721-734. Prats E., Mur L. A. J., Carver T. L. W. (2004): Involvement of nitric oxide in papila-based resistance and the hypersensitive response of barley attacked by Blumeria graminis. In: 11th International Cereal Rusts & Powdery Mildews Conference. John Inne Norwich, UK, 22-27 August 2004. Raskin I. (1992): Role of salicylic acid in plants. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 43: 439-463. Rodrigo I., Vera P., Tornero P., Hernandez Yago J., Conejero V. (1993): cDNA cloning of viroid-induced tomato pathogenesis-related protein P23: characterization as a vacuolar antifungal factor. Plant Physiol. 102: 939-945 Roelfs A. P (1985): Race specifiky and methods of study. p. 132-164. In W. R. Bushnell and A. P. Roelfs (ed.). The Cereals Rust, vol. 1. Academic Press, Orlando. Roelfs A. P., Singh R. P. Saari E. E. (1992): Rust diseases of wheat: concepts and methods of disease management. Mexico, DF, CIMMYT. 81 pp.

51

Rubiales D.; Martinez F.; Niks R E. (1998): Hypersensitive and non-hypersensitive mechanismus of resistance to leaf rust (Puccinia hordei) in the lines included in the COST barley ring test. Tune. Ryals J., Uknes S., Ward E. (1994): Systemic acquired resistence. Plant Physiology 104: 1109-1112. Ryals J. A. U., Neuenschwader M. G., Willits M. G., Molona Y., Steiner M. O., Hunt J. (1996): Systemic acquired resistence. Plant Cell 8: 1809-1819. Ryan C. A. (1990): Protease inhibitors in plants: genes for improving defense against insects and pathogens. Annual Rewiew of Phytopathology 28: 425-449. Ryan, C. A. (1992): Search for the proteinase inhibitor inducing factor, PIIF. Plant Molecular Biology 19: 123-133. Schaller A., Ryan C. A. (1996): Molecular cloning of a tomato leaf cDNA encoding an aspartic protease, a systemic wound response protein. Plant Mol. Biol. 31: 19731977. Scheel D. (1998): Resistence response physiology and signal transduction. Curr. Opin. Plant Biol. 1: 305-310. Schwarzbach E. (2004): Slučitelnost Flórovy hypotézy „Gene- for-Gene“ s moderními poznatky o interakcích mezi hostiteli a parazity. In: Choroby rostlin, s důrazem na obilniny, jejich symptomy a rezistence, molekulární a biochemická charakteristika interakcí hostitel-patogen. Odborný seminář 4. 11. 2004, VÚRV Praha Ruzyně, 4250. Shaw M. W. (1991): Interacting effects of interrupted humid periods and light on infection of wheat leaves by Mycosphaerella graminicola (Septoria tritici). Plant Pathol. 40: 595-607. Slusarenko A. (1987): Gene expression and resistance of French been to Pseudomonas phaseolicola. In: Day PR Jellis GJ (eds) Genetics nad Plant Pathogenesis. Blackwell, Oxford pp. 50-64. Slusarenko A. J. (1996): The role of lipoxygenase in resistance of plants to infection. In Lipoxygenase and Lipoxygenase Patway Enzymes, G. J. Piazza ed (Champaign, IL: AOCS Press), pp. 176-197. Smith C. J. (1996): Accumulation of phytoalexins: Defense mechanism and stimulus response system. New Phytol. 132: 1-45. Smith T. A. (1971): Occurrence, metabolism of putrescine in higher plants. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society 46: 201. Somssich I., Hahlbrock K. (1998): Pathogen defense in plants: a paradigm of biological complexity. Trends Plant Asci. 3: 86-90. Stakman E. C. (1915): Relation between Puccinia graminis and plants hihly resistant to its attack. J. Agric. Res. IV: 193-201. Stakman E. C., Harrar J. G. (1957): Principles of plant pathology, New York, Ronald Press Co. (BSPP). Sticher L., Mauch-Mani B., Metraux J. P. (1997): Systemic acquired resistence. Annu. Rev. Phytopathol. 35: 235-270. Stoddart J. A., Taylor J. F. (1988): Genotypic diversity: estimation and prediction in samples. Genetics 118: 705-711. Sutherland M. W. (1991): The generation of oxygen radicals during host plant response to infection. Physiol. Mol. Plant Pathol. 39: 79-93. Tarchevskii I. A. (2001): Pathogen induced plant proteins. Prikl Biokh Mikrobiol (5), 37: 517532.

52

Thaler J. S., Fidantsef A. L., Duffey S. S., Bostock R. M. (1999): Trade-offs in plant defense against pathogens and herbivores: a field demonstration of chemical elicitors of induced resistence. Journal of Chemical Ekology 25: 1597-1609. Thomma B. P.; Penninckx I. A.; Broekaert W. F.; Cannue B. P. (2001): The complexity for disease signaling in Arabidopsis. Curr. Opin. Immunil. 13: 63-68. Thordal-Christensen H., Zhang, Z., Wei, Y. D., Collinge D. B. (1997): Subcellular localization of H2O2 in plants. H2O2 accumulation in papillae and hypersensitive response during the barley-powdery mildew interaction. The Plant Journal 11: 1187-1194. Tornero P., Conejero V., Vera P. (1994): A gene encoding novel isoform of the PR-1 protein family from tomato is induced upon viroid infection. Mol. Gen. Genet. 243: 47-53. Tornero P., Conejero V., Vera P. (1997): Identification of a new pathogen-induced member of the subtilisin-like processing protease family from plants. J. Biol. Chem. 272: 14121419. Tudzynski P. (2001): Aktive oxygen-species in plant-pathogen interaction. International Workshop Durable resistance in Cereals SAR and other strategies to improve plant production, 29. 3. – 1. 4. 2001, Rauischholahausen, Giessen, Germany. Vance C. P., Kirk T. K., Sherwood R. T. (1980): Lignification as mechanism of disease resistance. Ann. Rev. Phytopathol. 18: 259-288. Van der Plank J. E. (1968): Disease resistence in plants. Academic Press, New York – London, 349pp. van Loon, L. C., Bakker P. A. H. M, Pieterse C. M. J. (1998): Systemic resistance induced by rhizosphere bacteria. Annu. Rev. Phytopathol. 36: 453-483. van Loon L. C.; van Strein, E. A (1999): The families of pathogenesis-related proteins, their activities, and comparative analysis of PR-1 type proteins. Physiological and Plant Pathology 55: 85-97. van Loon L. C, van Oosten V. R., Ton J., de Vos M., Pieters C. M. J. (2006): Adaptive induced resistence response to pathogens and erbivorous insects. In: 8th Conference of the European Foundation for Plant Pathology & British Society for Plant Pathology Presidental Meeting 2006. 13-17 August KVL, Frederiksberg, Denmark. Vavilov N. I. (1926): Centres of origin of cultivated plants. Bull. Appl. Bot. Genet. Plant Breed. (2), 16: 248 pp. Vermooij B., Friedrich L., Morse A., Reist R., Kolditz-Jawhar R., Ward E., Unes S., Kessmann H., Ryals J. (1995): Salicylic acid is not the translocated signal responsible for inducing systemic acquired resistence but is required in signal transduction. Plant Cell 6: 959-965. Věchet L. (1989): Changes in the resistance of spring barley to Erysiphe graminis f.sp. hordei under field conditions. Ochr. Rostl. 25: 31-38. Věchet L., Kocourek F. (1984): The influence of temperature for the development of powdery mildew (Erysiphe graminis f.sp. tritici). Ochr. Rostl. 20: 245-250. Věchet L, Burketová L, Śindelářová M. (2009): A comparative study of the efficiency of several sources of induced resistance to powdery mildew (Blumeria graminis f.sp. tritici) in wheat under field conditions. Crop Protection 28: 151-154. Vigers A.J .; Roberts W. K.; Selitrennikof C. P. (1991): A new family of plant antifungal proteins. Molecular Plant-Microbe Interactions. 4: 315-323. Walling, L. L. (2000): The myriad plant responses to herbivores. J. Plant Growth Regul. 19: 195-216. Wan J., Dunning F. M., Bent A. F. (2002): Probing plant-pathogen interactions and downstream defense signaling using DNA microarrays. Funct Integr Genomics 2: 259-273.

53

Wang C., Ohnilo E., Glick B. R., Defago G. (2000): Effect of transferring 1aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase genes into Pseudomonas flourescens strain CHAO and its gacAderivative CHA96 on their growth-promoting and disease suppressive capacities. Can. J. Microbiol. 46: 898-907. Wendehenne D., Pugin A., Klessig D. F, Durner J. (2001): Nitric oxide: comparative synthesis and signaling in animal and plant cells. Trends Plant Sci 6: 177-183. Wendland M., Hoffmann, G. M. (1987): Proff of quantitative resistance of wheat genotypes to Septoria nodorum by determinig post infectional ethylene production. J. Plant Dis. Prof. 94: 561-571. Welz G., Kranz J. (1987): Effects of recombination on races of a barely powdery mildew population. Plant Pathol. (Lond.) 36: 197-113. Williamson C. E. (1950): Ethylene, a metabolit produkt of diseased and injured plants. Phytopatholgy 40: 205. Wolfe M. S. (1984): Trying to understand and control powdery mildew. Plant Pathol. (Lond.) 33: 451- 466. Wolfe M. S., Caton C. E. (1997): Populations of Plant Pathogens, their Dynamics and Genesis. Blackwell Scientific Publications, 1-280. Wolfe M. S., Limpert E. (1987): Intergrated Control of Cereal Powdery Mildews: Monitoring the Pathogen. Martinu Nijhoff; Dordrecht. Woloshuk C. P., Meulenhoff J. S., Sela-Buurlage M., van den Elzen P.J.M.,. Cornelissen B.J.C. (1991): Pathogen-Induced Proteins with Inhibitory Activity toward Phytophthora infestans. The Plant Cell, Vol 3, Issue 6: 619-628. Wu G., Shott B. J., Lawrence E. B., Levine E. B., Fitzsimmons K.C., Shah D.M. (1995): Disease resistance conffered by exprssion of a gene encoding H2O2-generating glucose oxidase in transgenic poptato plns. Plant Cell 7: 1357-1368. Xiao S., Ellwood S., Calis O., Patrick E., Li T., Coleman M., Turmer J. G. (2001): Broad spektrum powdery mildew resistence in Arabidopsis thaliana mediated by RPW8. Science 291: 118-120. Yamaoka, N., Takeuchi, Y. (1999): Morphogenesis of the powdery mildew fungus in water (4). The significance of conidium adhesion to the substratum for normal appresorium. Physiological and Molecular Plant Pathology 54: 145-154. Yao A., Suzuki K., Uchimiya H., Shinshi H. (1998): Induction of hypersensitive cell death induced by a fungl protein in cultures of tobacco cells. Mol. Plant Interact. 11: 115123. Zadoks J. C., Bouwman J. J. (1985): Epidemiology in Europe. In: Roelfs, A. P. and Bushnell W. R., eds., The Cereal Rusts. Vol II. Distribution, Epidemiology and Control. Academic Press, Orgando, 329-369. Zhang Z., Collinge D. B., Thordal-Christensen H. (1995): Germin-like oxalate oxidase, a H2O2-producing enzyme, accumulates in barely attecked by the powdery mildew fungus. Plant J. 8: 139-145.

54

Obrazová část ng

post infectional ethylene production.

Obr. 7. Mezofylová buňka částečně rezistentního ječmene napadená rzí ječnou (Puccinia hordei). Penetrační pokus houby (haustorium) je zastaven a byla vyvolána tvorba jasného místa papily na stěně buňky (Niks, 1998).

55

Obr. 8. Indukovaná rezistence pšenice ozimé (náchylná odrůda Kanzler) k padlí travnímu (Blumeria graminis f.sp. tritici). Řazeno z leva do prava. KO - neošetřená kontrola; DK – dubová kůra (Quercus robur L.); SA – kyselina salycilová; KS – křídlatka sachalinská (Reynoutria sacchaliensis L.); BTH – benzothiadiazol; ZA – zázvor ((Zingiber officinale Roscoe); KU- kurkuma ((Curcuma longa L.); GB – glycinbetain (foto Věchet, 2004).

Obr. 9. Hypersensitivní reakce ozimé pšenice, odrůda Michigan Amber, 3. list shora (gen rezistence Pm3f, k padlí travnímu (Blumeria graminis f.sp. tritici) v polních podmínkách (foto Věchet, 2004).

56

Obr. 10. Reakce diferenciačních odrůd k padlí travnímu Blumeria graminis f.sp. tritici (nepřímý test). Listové segmenty umístěné na vodním agaru s benzimidazolem (foto Věchet, 2004).

57

Obr. 11. Askospory (zvětšeno 650 x) M. graminicola. Vzorek obarven laktofenolovou bavlníkovou modří (Foto Blaire-Louise Palmer & Wendy Skinner, 2002). Pyknospory M. graminicola (foto Věchet, 2005).

58

Obr. 12. Penetrace povrchu listu M. graminicola izolát L951 skrz stomatální průduch pšenice odrůdy Riband (zvětšeno 380x). (Foto Blaire-Louise Palmer & Wendy Skinner, 2002).

Obr. 13. Přísně intercelulární kolonizace mezofylových buněk a substomatálního prostoru pšenice houbou M. graminicola (zvětšeno 380x). (Foto Blaire-Louise Palmer & Wendy Skinner, 2002).

59

Obr. 14. Skvrny braničnatky pšeničné s pyknydy M. graminicola na pšenici ozimé odrůdy Meritto, 1. list shora (foto Věchet, 2005).

Ilustrační obrázky A. Botrytis cinerea na rajčatech - plísňovec sivý. Saprofyt na rostlinných zbytcích, příležitostný parazit.

60

B. Cladosporium fulvum - plíseň listová na rajčatech (biotrofní patogen).

C. Claviceps purpurea - paličkovice nachová. Infikuje obilniny (především žito). Napadá zrna, kde vytváří sklerocia – námel. Zdroj důležitých alkaloidů pro farmaceutický průmysl.

61

D. Padlí travní na ječmeni Blumeria graminis f,sp. hordei (foto Věchet, 1989).

E. Melampsora lini - rez lnová. Životní cyklus ukončuje na lnu.

G. Pseudomonas syringe - bakteriální choroba rostlin (okrouhlá skvrnitost čiroku). Vykazuje antifungální aktivitu.

62

H. Puccinia graminis - rez travní. Napadá listy, stébla, klasy. Vyskytuje se na obilninách a travách. Alternativním hostitelem je dřišťál (foto Věchet, 1996).

I. Puccinia hordei - rez ječná.

J. Rhynchosporium secalis - rhynchosporiová skvrnitost ječmene.

63

K. Septoria nodorum - braničnatka plevová. Napadá pšenici, žito a trávy.

64

Správnou diagnostikou původce choroby, výběrem efektivních ochranných opatření (používání rezistentních odrůd, omezení spotřeby fungicidů, uplatnění indukované rezistence), pochopením interakcí hostitel – patogen, můžeme ve svém důsledku zvýšit kvalitu produktů rostlin, zajistit bezpečné potraviny a zlepšit kvalitu života.

65

Eva Přibylová, 2004.

66