Obranné mechanismy rostlin v interakcích hostitel-patogen Aleš Lebeda Michaela Sedlářová
Katedra botaniky Přírodovědecká fakulta Univerzita Palackého Šlechtitelů 11, 783 71 Olomouc-Holice
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Struktura přednášky 1. Rostlinné patosystémy 2. Infekční cyklus 3. Životní strategie patogenních „hub“ 4. Obranné mechanismy 5. Základní kompatibilita resp. inkompatibilita 6. Teorie „gen-proti-genu“, rozdělení R-genů 7. Modelový patosystém Lactuca spp. - Bremia lactucae 7.1. Mechanismy rezistence u Lactuca spp. 7.2. Životní cyklus a infekční struktury Bremia lactucae 7.3. Vliv faktorů prostředí na vývoj patogenu 7.4. Kvalitativní a kvantitativní aspekty tvorby infekčních struktur B. lactucae 7.5. Šlechtění na rezistenci vůči plísni salátové 7.6. Nevratné poškození membrán 7.7. Oxidativní stres – AOS, antioxidační enzymy 7.8. Fenolické látky v obranných procesech 7.9. Vliv patogenu na cytoskelet hostitele 7.10. Hypersenzitivní reakce 7.11. Cytokininy a reprodukce patogenu 8. Souhrn 9. Poděkování Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Trojúhelník a čtyřúhelník choroby
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Fáze a subfáze infekčního cyklu
Kůdela et al., 1989
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Posloupnost procesů během infekce a jejich terminologie
Kůdela et al., 1989
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Životní strategie patogenních „hub“ (lze vymezit fakultativní a obligátní formy)
Biotrofní
Hemibiotrofní
- napadají živé buňky - invaginace plazmatické membrány - rovnováha s hostitelem - speciální forma parazitismu
- během životního cyklu bio-, nekro-, saprotrofní fáze - dlouhou dobu nedochází k narušení buněčné stěny - saprofáze redukována
Nekrotrofní - napadají a rychle usmrcují živé buňky – enzymy, toxiny - narušení BS, protoplastu, metabolismu - mohou existovat jako saprotrofové
Fusarium
Exobasidium vaccinii
Phytophthora infestans
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Způsoby penetrace - chemická (enzymatická) - mechanická přímá = přes buněčnou stěnu
Magnaporthe
nepřímá - poranění - přirozené otvory: stomata, lenticely, hydatody, nektária
Bremia
Uromyces viciae-fabae
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Vlivy patogenu resp. infekce na buňku stimulativní
degenerativní
(obligátní biotrofní parazité – v počátečních fázích svého vývoje: podpora růstu, zvýšení počtu organel) „green islands“- typické před. pro biotrofní bakterie, viry
(nekrotrofní a v pozdních fázích i někteří obligátní biotrofní parazité: narušení cytoskeletu, organel, membrán)
(nerovnováha kinetinu)
Hordeum vulgare Blumeria graminis
Beta vulgaris – Fusarium oxysporum
nárůst počtu mitochondrií a ribozómů nutné zvýšení syntézy proteinů, intenzivnější respirace respirace + oxidační procesy + degradace látek uvolnění chemické energie na pokrytí biosyntéz Životaschopnost rostlinné buňky závisí na: - fungující vakuole - intaktním vezikulárním transportu
Katedra botaniky a Katedra biochemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Obranné mechanismy rostlin - pasivní (strukturní) fyzikální bariery proti průniku patogenu preformované: buněčná stěna, vosky, kutikula, fenolické látky indukované: lignifikace, suberinizace, depozice kalózy
- aktivní (fyziologické, biochemické) produkce látek toxických pro patogen sekundární metabolity (specifické podle hostitele a patogenu): alkaloidy, saponiny, antokyany, fenoly, taniny, melaniny, aromatické AK proteiny extenziny (bohaté na hydroxyprolin) PR-proteiny (glukanasy, chitinasy, peroxidasy) Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Schéma konceptu základní inkompatibility a základní kompatibility (Lebeda, 1984) Rostlina - mikroorganismus Preformované obranné mechanismy; iniciace obecných obranných reakcí
Základní inkompatibilita (interakce nehostitel-nepatogen)
Obecné metabolické a genetické obranné mechanismy
Nespecifická inkompatibilita - kompatibilita
Obecné obranné mechanismy neúčinné
Základní kompatibilita (hostitel-patogen)
Vysoce specifické metabolické a genetické adaptace hostitele
Specifický komplex metabolických a genetických obranných mechanismů
Specificky diferencovaná Specificky nediferencovaná inkompatibilita inkompatibilita - kompatibilita - kompatibilita
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Odezva na infekci a případný rozvoj či potlačení projevů choroby primárně závisí na genetické výbavě obou partnerů
Teorie „gen-proti-genu“ (Flor, 1946 resp. 1947) - geny „rezistence“ (u hostitelské rostliny) resp. „avirulence“ (u patogenu) kódují proteiny důležité pro rozpoznání (buněčné receptory resp. molekuly elicitorů)
- platnost tohoto předpokladu byla potvrzena později klonováním genů avirulence různých patogenů (Keen, 1990) Model koevoluce hostitele a patogenu
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Klasifikace R-genů podle struktury a funkce (Tör et al., 2003)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Specifita interakcí rostlina-patogen je různorodý a komplikovaný fenomén
Interakce Lactuca spp. - Bremia lactucae L. sativa, plané druhy rodu Lactuca a některých příbuzných rodů jsou charakterizovány rasově specifickou (RS), rasově nespecifickou (RNS) a polní rezistencí (FR) Z Lactuca spp., blízce příbuzných L. sativa, je pouze u L. saligna předpokládána nehostitelská rezistence (NR) - faktory nejsou příliš dobře známy - nehostitelská rezistence není primárně asociována s HR Variabilita mechanismů rasové specificity je podmíněna variabilitou genů kódujících - epikutikulární vosky - enzymy - cytoskelet - IMD - HR - fenoly Výsledkem je rozdílné načasování potlačení růstu houby Na rasově nespecifické a polní rezistenci se podílí řada mechanismů - roli hraje i ontogenetický stupeň vývoje a podmínky prostředí
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Možné mechanismy rezistence L. sativa a planých Lactuca spp. vůči Bremia lactucae (Lebeda et al., 2000) Section/subsection Lactuca spp. Lactuca Lactuca L. aculeata L. altaica L. dregeana L. livida L. saligna L. sativa L. serriola L. virosa Cyanicae L. perennis L. tenerrima
Response to B. lactucae from L. sativa L. serriola
Possible resistance mechanisms
+/– +/– +/– + +/– +/– +/– +/–
+/– +/– +/– + (–) +/– +/– +/–
RS RS RS RS? RS, NR? RS, FR RS, RNS, FR RS, FR
+/– +/–
– +/–
RS RS
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Možné mechanismy rezistence L. sativa a planých Lactuca spp. vůči Bremia lactucae (Lebeda et al., 2000) Section Lactuca spp. Phaenixopus L. viminea Mulgedium L. taraxacifolia L. tatarica Lactucopsis L. aurea L. quercina Tuberosae L. indica Micranthae L. undulata African group L. capensis L.homblei North American group L. biennis
Response to B. lactucae from L. sativa L. serriola
Possible resistance mechanisms
+/–
(–)
RS
+ +/–
* (–)/–
? RS
– +/–
* *
? RS
+/–
–
RS
–
*
?
– –
* –
? ?
–
(–)
?
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Vliv teploty na efektivitu některých genů rezistence (Dm genů) u Lactuca sativa a L. serriola vůči Bremia lactucae (modifikováno podle Judelson a Michelmore, 1992) Lactuca spp. cultivar/accession
Dm gene
5
L. sativa Capitan
Dm11
Fila Empire
Dm11 Dm13
UCDM14
Dm14
+ + + -* + +
-* + -* + +
+ + +
+ + +
Avr11: CG1, SF5 avr11: CS9, CS12 Avr11: SF5 Avr13: CS12 avr13: CS9 Avr14: CG1 avr14: CS9, CS12
L. serriola PIVT 1309
Dm15
LSE/18
Dm16
LSE/57/15 Hilde x L. serriola
Dm7 Dm11
+** + + + + +
+ +** + + -*
+ +** + -
+ + -
Avr15: CS12 avr15: CS9, SF3 Avr16: CS9, SF3 avr16: CS12 Avr7: SF5 Avr11: CG1, SF5
oC
Temperature/reaction type B. lactucae o o o 10 C 15 C 22 C isolate (race)
- = incompatible reaction + = compatible reaction (profuse sporulation)
* = visible necrosis without sporulation ** = sparse sporulation
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Po kontaktu parazitické/patogenní houby s rostlinou se odehrává kaskáda jevů depozice spor klíčení tvorba primárních a sekundárních inf. struktur
proces rozpoznání (recognition)
penetrace kolonizace infikovaných rostlinných pletiv specifické reakce na dané infekční agens
Hodnocení jevů: Kvalitativně Semikvantitativně Kvantitativně (Lebeda, 1988b)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Infekční struktury patogenu Vývoj Bremia lactucae v pletivu kompatibilní hostitelské rostliny
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Načasování fází infekce a tvorby infekčních struktur Bremia lactucae u náchylných genotypů salátu (Sargent et al., 1973) Hodiny po inokulaci (hpi)
Stadium vývoje patogenu
0
Inokulace
1-2
Klíčení konidie
2-3
Růst klíčního vlákna a tvorba apresoria
3-4
Penetrace a vývoj primárního vezikulu
4-13
Zvětšování sekundárního vezikulu
13 a později
První dělení jader, invaze do okolních buněk a pletiv haustorii a intracelulárními hyfami
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Relativní intenzita sporulace (%)
Vliv stáří semenáčků Lactuca spp. na klíčení Bremia lactucae (Dickinson a Crute, 1974)
100% 3 týdny
80% 60%
4 týdny 5 týdnů
40% 20%
6 týdnů
0% 4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
Dny po inokulaci
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Vliv teploty na klíčení Bremia lactucae (Sargent, 1976)
Klíčení (%)
100 80 60 40 20 0 0
5
10
15
20
25
Teplota (°C)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
30
2
Počet penetrací /25 um
Vliv teploty na penetraci semenáčků L. sativa (cv. Avondefiance) konidiemi Bremia lactucae (Maclean and Tommerup, 1979)
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
W2(N)
W5
0
10
20
Teplota (°C)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
30
Vliv ontogenetického stáří hostitele: rozdíly v parametrech vývoje Bremia lactucae (rasa NL 15) 6 h po inokulaci (modif. podle Lebeda a Reinink, 1991) klíčení
Cotyledons
Great Lakes = RSR Iceberg = high level of FR
Great Lakes Iceberg
Leaf disc
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Incidence of germination
délka klíčních vláken
Cotyledons
tvorba apresorií
Cotyle dons
Leaf disc
Great Lakes
Great Lakes
Iceberg
Iceberg
Le af disc
0
50
100
150
Length of germ tube (um)
0%
20%
40%
60%
80%
Incidence of appressorium formation
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
100%
Kvalitativní a kvantitativní aspekty tvorby infekčních struktur Bremia lactucae
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Diversity in formation of Bremia lactucae infection structures in L. sativa and wild Lactuca spp. genotypes representing nonhost and host-parasite interactions and different types of resistance mechanisms resp. (compiled according to Lebeda and Reinink (1991, 1994); Lebeda et al., 2000, Lebeda et al., 2004)
Interaction Type of resistance
Lactuca spp. (cultivar/accession)
Nonhost resistance L. saligna (LSA/6) Host resistance /susceptibility Race specific Cobham Green Dandie Valmaine L. saligna (CGN 5147) L. serriola (PIVT 1168) L. virosa (LVIR/57/1) Race nonspecific L. serriola (PI 281876) Field resistance Iceberg
Response to B. lactucae / Sporulation intensity (%) (14 dpi)/ – /0
Relative frequency of occurrence and size of infection structures (48 hpi) PV/D SV HY/L HA 1/12.3
1
0
0
+ /100 + /100 – /0 – /0 – /0 (–) /2 (–)/21 + /75
4/15.4 4/14.8 4/12.0 3/11.8 2/14.5 3/14.9 4/15.0 3/13.1
4 4 1 1 1 3 4 2
4/174 2/156 1/18 1/38 1/18 1/42 2/82 1/102
4 1 0 0 0 1 2 1
Inoculation: races CS9 and NL5; Intensity of sporulation (0-100); Relative frequency (0-4) and size of infection structures: PV/D = primary vesicle / diameter (μm), SV = secondary vesicle, HY / L = intercellular hyphae / length (μm ), HA = haustoria formation
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Diversity in phenotypic and microscopic plant tissue (epidermal and subepidermal cells) response to B.lactucae of L. sativa and wild Lactuca spp. genotypes representing nonhost and host-parasite interactions and different types of resistance mechanisms resp. (compiled according to Lebeda and Reinink (1991, 1994); Lebeda et al., 2000, Lebeda et al., 2004)
Interaction Type of resistance
Lactuca spp. (cultivar/accession)
Nonhost resistance L. saligna (LSA/6) Host resistance /susceptibility Cobham Green Race specific Dandie Valmaine L. saligna (CGN 5147) L. serriola (PIVT 1168) L. virosa (LVIR/57/1) Race nonspecific L. serriola (PI 281876) Iceberg Field resistance
Phenotypic Degree of tissue response expression (48 hpi) of response to HR NNC SEN DSEN B. lactucae (14 dpi) – 0.04 1.00 0.34 1.25 – – – – – N, SE, SS N, SE –
0.77 0.06 0.26 0.04 0.78 0.96 0.87 0.13
1.04 1.00 1.07 2.00 1.00 1.06 1.05 1.07
0 0.10 0 0 0.18 0.27 0.22 0
0 1.00 0 0 1.53 1.65 1.53 0
N = necrotic response, SE = sporulation only along the leaf dics cut surface, SS = sparse sporulation on the disc surface; HR = hypersensitive response (number of necrotic cells/infection site), NNC = mean number of necrotic epidermal cells per infection site with a necrotic response, SEN = subepidermal necrosis, DSEN = degree of SEN (0-3) Inoculation: races CS9 and NL5
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Šlechtění salátu na rezistenci vůči plísni salátové (B. lactucae)
LIBUSA
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Fyziologické změny působené patogeny 1/ Permeabilita napadených buněk (membrány, strukturní změny BS) 2/ Metabolismus vody v napadených rostlinách 3/ Minerální výživa (absorpce, transport) 4/ Fotosyntéza (obsah, funkce pigmentů) 5/ Respirace (zvýšená intenzita; enzymy glykolýzy) 6/ Oxidativní stres (aktivní formy kyslíku, antioxidační enzymy) 7/ Syntéza proteinů (PR-proteiny, enzymy) – „na úkor zásobních látek“ 8/ Metabolismus fenolických látek (akumulace) 9/ Fytohormony (obsah a zastoupení aktivních/neaktivních forem)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Rozdíly v načasování nevratného poškození membrán (IMD) determinovaných různými geny rezistence vůči plísni salátové (podle Mansfield et al., 1997)
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Aktivní formy kyslíku singletový kyslík (1O2), superoxid (O˙- 2), peroxid vodíku (H2O2), hydroxylový radikál (OH-) Místa vzniku: chloroplasty, mitochondrie, membrány peroxisomů, glyoxysomů, mikrozomů Účinky
- negativní: peroxidace lipidů, poškození struktury proteinů (enzymů), NK, lipidů - pozitivní: signalizace, genová regulace
HOSTITEL • Přímé antimikrobiální účinky • Signální molekula v regulaci aktivity genů zodpovědných za syntézu - PR-proteinů - fenolických látek - fytoalexinů • Zesíťování prekurzorů polyfenolických látek – lignifikace BS • HR PATOGEN • Signalizace – rozpoznání v inkompatibilních interakcích? • Penetrace? štěpení komponent buněčné stěny, membrán Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Spektrofotometrické stanovení aktivity katalasy (E.C. 1.11.1.6) (nkat/1g) L. sativa UCDM2
L. sativa Mariska
Katalasa - L. sativa UCDM 2
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0hai
6hai
12hai
18hai
24hai
36hai
Katalasa - L. sativa Mariska
48hai
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0hai
96hai
6hai
náchylný L. serriola PIVT1309
6hai
12hai
18hai
24hai
36hai
12hai
18hai
24hai
36hai
Katalasa - L. serriola LSE/18
48hai
96hai
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0hai
6hai
48hai
96hai
48hai
12hai
18hai
24hai
36hai
96hai
Katalasa - L. virosa NVRS 10.001 602
48hai
96hai
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0hai
6hai
12hai
18hai
24hai
36hai
silně rezistentní
Infikovaná rostlina
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
36hai
L. virosa NVRS 10.001502
rezistentní
Kontrola
24hai
L. saligna CGN 05271
6hai
rezistentní
18hai
náchylný
Katalasa - L. saligna CGN 05271
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0hai
12hai
rezistentní
Katalasa - L. serriola PIVT 1309
2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0hai
L. serriola LSE/18
48hai
96hai
Histochemická lokalizace POX Lokalizace v penetrované buňce
Cévní svazky
Spektrofotometrické stanovení aktivity g-POX (EC 1.11.1.7) L. sativa UCDM2
L. sativa Mariska
L. virosa NVRS 10.001502
POX - L.sativa Mariska
POX - L.sativa UCDM2
POX- L. virosa NVRS 10.001 602
350,00
350,00
350,00
300,00
300,00
300,00
250,00
250,00
250,00
200,00
200,00
200,00
150,00
150,00
150,00
100,00
100,00
100,00
50,00
50,00
0,00 0
6
12
18
24
36
48
96
50,00 0,00
0,00 0
náchylný
6
12
18
24
rezistentní
Kontrola
36
48
96
0
6
12
24
36
silně rezistentní
Infikovaná rostlina
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
18
48
96
Izoenzymy SOD (E.C. 1.15.1.1)
- aktivita SOD nebyla zaznamenána - superoxid nebyl histochemicky detekován - v izoenzymovém spektru nebyly pozorovány změny po infekci B. lactucae L. virosa NVRS 10.001 602 L. saligna CGN 05271 6hai
K
i
12hai
24hai
48hai
K
K
K
i
i
i
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Histochemická lokalizace H2O2 Periplazmatický prostor
Během penetrace patogenu
Větší rozsah v pozdějších fázích
Spektrofotometrické stanovení obsahu H2O2 L. sativa Mariska
L. sativa UCDM2
c H2O2 - L. sativa Mariska
c H2O2 - L.sativa UCDM2
c H2O2 - L. virosa H58 - 0958
0,12
0,12
0,1
0,1
0,1
0,08
0,08
0,08
0,06 0,04 0,02 0 6hai
12hai
18hai
24hai
36hai
48hai
96hai
c H 2O 2/1g
0,12
c H 2O 2/1g
c H2O2/1g
L. virosa NVRS 10.001502
0,06
0,06
0,04
0,04
0,02
0,02
0 6hai
12hai
18hai
24hai
36hai
48hai
96hai
0 6hai
12hai
18hai
Hai
Hai
náchylný
rezistentní
36hai
Hai
silně rezistentní
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
24hai
48hai
96hai
Fenolické látky - obecně inhibitory enzymů - jejich tvorba v rostlině indukována poraněním, infekcí - přítomny u rezistentních i náchylných genotypů, liší se kvalitativně a kvantitativně Autofluorescence fenolů v infikované buňce
- antibiotické účinky - strukturní polymery - zesílení buněčné stěny, lignituber v místě penetrace - irreversible membrane damage (IMD) - autofluorescentní fenoly - de novo syntéza během HR
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Fenolické látky – histochemická detekce Detekované látky Lactuca spp. genotypy L. sativa Cobham Green Mariska L. serriola LSE/18 L. saligna CGN 05271 L. virosa NVRS 10.001 602 + +++
Reakce s NL16
Fenoly
Taniny
Lignin
Kalóza
-/+ +++
-
-
+++ ++
kompatibilní
-
-
-
+++
inkompatibilní
-
-
-
+
inkompatibilní
+++*
-
-
+
kompatibilní inkompatibilní
STUPNICE: slabá exprese v hostitelských buňkách silná akumulace
žádný signál ++ středně silný signál * = reakce kromě penetrované buňky i ve 2-3 okolních
Lokalizace místo penetrace
periplazmatický prostor
invaginovaná plazmalema
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
okolo haustorií
Cytoskelet – imunohistochemická detekce MT basket
24hai L. sativa UCDM2
L. serriola LSE/18
MT patches
48hai L. serriola PIVT 1309
HR
48hai L. sativa Mariska
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Změny mikrotubulárního cytoskeletu epidermálních buněk Lactuca spp. inkompatibilních resp. kompatibilních s Bremia lactucae vzhledem ke stadiu infekce (Sedlářová, Lebeda a Binarová, 1999)
Inkompatibilní interakce
Kompatibilní interakce
Tvorba apresoria a penetrace
- agregace MT pod apresoriem - tvorba MT „cables“ v penetrovaných buňkách
- žádné detekovatelné změny
Tvorba primárního a sekundárního vezikulu
- tvorba MT „basket“ kolem vezikulů
- tvorba MT „basket“ kolem vezikulů
Proces HR a nekróza epidermálních buněk
- tvorba „patches“ (signál ve formě lokálních shluků) - depolymerizace MT v celé buňce - autofluorescence fenolů
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
HR – histochemická detekce
penetrace
L. serriola PIVT 1309-12 hai-laktoglycerol-WU
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
HR – histochemická detekce
L. virosa H 58-0958-48 hai-chloralhydrát
rezistentní
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Vliv koncentrace exogenně aplikovaných cytokininů na časový průběh sporulace B. lactucae c(CK)=10-5M
c(CK)=10-4M L.serriola LSE/18
60 mT-P 50
mT-0
40
MeOR-P
30
MeOR-0
20
LSE/18
DMSO
10
H2O
intenzita sporulace (%)
intenzita sporulace (%)
L. serriola LSE/18 60,0
mT-P
50,0
mT-0
40,0
MeOR-P
30,0
MeOR-0
20,0
DMSO
10,0
H2O
0,0
0 7.den
9.den
5.den
13.den
7.den
9.den
11.den
L. sativa Cobham Green
mT – meta-topolin MeOR – metoxybenzylaminopurin-ribosid DMSO - dimetylsulfoxid
CG
intenzita sporulace (%))
80,0 mT-P 60,0
mT-0 MeOR-P MeOR-0
40,0
DMSO H2O
20,0 0,0 5.den
7.den
9.den
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
11.den
Vliv exogenní aplikace cytokininů na intenzitu sporulace B. lactucae Výsledky Bonferoniho testu mnohonásobných porovnávání výnosu spor, 14dai
L. serriola LSE/18
500.0
500.0
400.0
400.0
Výnos spor
Pocet spor
L. sativa Cobham Green
300.0
200.0
100.0
300.0
200.0
100.0
0.0
0.0 DMSO
MeOR
mT
voda
DMSO
MeOR
mT
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
voda
Infekce Předpokládaný procesů vedoucích k -obranné Produkcesled genotypově-specifických elicitorů signalizacereakci buňky po napadení biotrofním Primární rozpoznání patogenem Aktivace odpovědi De novo syntéza proteinů v penetrovaných buňkách IMD a uvolňování fenolických látek Uvolnění endogenních elicitorů Akumulace fenolů vázaných s BS Sekundární signalizace Sekundární rozpoznání Transkripce mRNA kontrolujících biosyntézu ligninových prekurzorů v okolních buňkách Depozice ligninu v místě a okolí infekce Hypersenzitivní reakce, rozpad jádra Oxidativní procesy Depozice strukturních látek zesilujících buněčné stěny Kyselina benzoová, salicylová, jasmonová, etylen PR proteiny a další proteiny spojené s obranou Lypoxygenázy Fytoalexiny Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Obranné mechanismy hostitele vyvolané infekcí patogenu je možno studovat hierarchicky na řadě úrovní biologické organizace: Organismus Orgán Pletivo Buňka Fyziologické procesy Molekulární struktura
Všechny tyto úrovně se více či méně podílejí na výsledném projevu interakce, přičemž jedna úroveň projevu velmi úzce souvisí s další, vzájemně na sebe navazují a podmiňují se.
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Poděkování P. Binarová (UEB AV ČR Olomouc) - cytoskelet L. Luhová (K.biochemie PřF UP Olomouc) - AOS M. Výtisková (studentka) - CK, M. Duchoslav (KB PřF UP Olomouc) - statistika
MSM 153100010 „Stresová a patologická biologie, biochemie a bioenergetika rostlin “ GAČR 522/02/D011 „Cytologické a biochemické aspekty interakcí rostlin a patogenů (model Lactuca spp.-Bremia lactucae)“ MZe ČR 75/2004 „Národní program využití genofondu mikrooganismů a drobných živočichů“ a mnoho dalších…
Katedra botaniky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz
Pro cestu do neznáma jsou pochybnosti a diskuse nezbytné. Jestliže chceme vyřešit problém, jaký se nám ještě nikdy vyřešit nepodařilo, musíme ponechat dveře do neznáma pootevřené. (R. Feynman)
PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz