URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Дьяков Ю.Т. Фундаментальная фитопатология Обложка Дьяков Ю.Т. Фундаментальная фитопатология
Id: 298839
1259 р.

Фундаментальная фитопатология Изд. стереотип.

URSS. 2023. 512 с. ISBN 978-5-9710-4583-0.
Белая офсетная бумага

Аннотация

Настоящее пособие посвящено изложению наиболее важных проблем современной фитопатологии, прежде всего --- молекулярных аспектов взаимоотношений растений и их паразитов. Молекулярные исследования механизмов фитоиммунитета позволили найти общие каналы эволюции иммунитета у растений, беспозвоночных и позвоночных животных и аргументировать наличие общей теории иммунитета. Молекулярные исследования показали также, что в основе рецепторных механизмов... (Подробнее)


Оглавление
top
Введение9
Дополнительная литература12
Глава 1. Паразиты растений: их свойства и особенности взаимоотношений с растениями-хозяевами13
1.1. Типы взаимоотношений растения-хозяина и паразита13
1.2. Свойства паразитов15
1.2.1. Трофность15
1.2.2. Специализация25
1.2.3. Патогенность29
Дополнительная литература30
Глава 2. Микроорганизмы — паразиты растений31
2.1. Грибы — возбудители болезней растений31
2.1.1. Общая характеристика31
2.1.2. Система грибов и болезни растений, вызываемые ими32
2.2. Бактерии — возбудители болезней растений36
2.2.1. Общие сведения о фитопатогенных бактериях36
2.2.2. Система фитопатогенных бактерий и вызываемые ими болезни37
2.3. Вирусы растений и вызываемые ими болезни41
2.3.1. Строение вирусов растений41
2.3.2. Транспорт вирусов46
2.3.3. Симптомы вирусных болезней47
2.3.4. Сохранение и распространение фитопатогенных вирусов48
2.3.5. Взаимодействие вирусов и смешанные инфекции51
2.3.6. Номенклатура вирусов52
Дополнительная литература53
Глава 3. Современные методы диагностики фитопатогенов54
3.1. Методы диагностики, основанные на взаимодействии антител с антигенами фитопатогенов55
3.1.1. Иммуноферментный сорбционный анализ — ETISA57
3.1.2. Другие методы иммунодиагностики фитопатогенов76
3.2. Методы диагностики, основанные на анализе нуклеиновых кислот фитопатогенов78
3.2.1. Методы гибридизации нуклеиновых кислот80
3.2.2. Методы с использованием ПЦР82
Выводы к разделам 3.1 и 3.298
3.3. Использование метаболитов, продуцируемых фитопатогенами, для диагностики и при исследовании их взаимодействия с растениями-хозяевами99
3.3.1. Определение маркерных метаболитов грибов в тканях инфицированных растений99
3.3.2. Анализ состава жирных кислот при идентификации фитопато генных бактерий101
Дополнительная литература103
Глава 4. Феноменология взаимоотношений растений и паразитов104
4.1. Типы устойчивости104
4.2. Генетика устойчивости105
4.2.1. Доминантность106
4.2.2. Эпистаз107
4.2.3. Аддитивность108
4.2.4. Модификация внешними условиями (экологическая варианса)109
4.3. Фенотипическое проявление устойчивости110
4.4. Взаимоотношения с паразитом114
4.4.1. Феноменология взаимоотношений114
4.4.2. Генетика взаимоотношений118
Дополнительная литература123
Глава 5. Факторы устойчивости растений124
5.1. Анатомо-морфологические факторы устойчивости124
5.1.1. Габитус растений124
5.1.2. Опушенность листьев125
5.1.3. Строение и расположение устьиц125
5.1.4. Анатомические особенности внутренних тканей растения125
5.2. Регуляция онтогенеза и репарации повреждений125
5.3. Пищевая ценность зараженных органов и тканей126
5.4. Биохимические факторы устойчивости128
5.4.1. Низкомолекулярные соединения (вторичные метаболиты)128
5.4.2. Белки, аминокислоты148
Дополнительная литература174
Глава 6. Факторы атаки паразитов: супрессоры175
6.1. Неспецифические иммуносупрессоры176
6.1.1. Ферменты, деградирующие покровы клеток и тканей растений176
6.1.2. Низкомолекулярные неспецифические иммуносупрессоры182
6.2. Специфические иммуносупрессоры190
5 6.2.1. Нетоксичные супрессоры (импедины)191
6.2.2. Патотоксины196
6.2.3. Ферменты, деградирующие антимикробные соединения 1 растений203
6.2.4. Белки — ингибиторы ферментов растений-хозяев, участвующих в патогенезе209
6.3. Роль иммуносупрессии в патогенезе210
Дополнительная литература211
Глава 7. Абиотические и биотические иммуномодуляторы: элиситоры212
7.1. Молекулярная интерпретация генетических данных212
7.2. Неспецифические элиситоры218
7.2.1. Абиогенные элиситоры218
7.2.2. Неспецифические биогенные элиситоры219
7.2.3. Эндогенные, растительные или вторичные элиситоры225
7.3. Гены авирулентности и специфические элиситоры233
7.3.1. Элиситоры вирусов235
7.3.2. Элиситоры бактерий236
7.3.3. Элиситоры грибов242
7.3.4. Оомицеты245
7.3.5. Роль элиситоров в приспособленности и патогенности паразитов246
Дополнительная литература250
Глава 8. Гены устойчивости и их продукты. Трансдукция сигнала251
8.1. Гены устойчивости и гены восприимчивости251
8.1.1. Гены восприимчивости251
8.1.2. Гены устойчивости252
8.2. Трансдукция сигнала273
8.2.1. Сигнальные системы273
8.2.2. Генетика сигналлинга287
8.2.3. Взаимодействия сигнальных систем, индуцируемых неспецифическими и специфическими элиситорами290
Выводы к разделу 8.2292
Дополнительная литература294
Глава 9. Локальная и системная приобретенная устойчивость296
9.1. Локальная приобретенная устойчивость. Реакция сверхчувствительности296
9.1.1. Морфологические изменения клеток при апоптозе и некрозе298
9.1.2. Гены, участвующие в гибели клеток растений. Параноидные мутанты300
9.1.3. Биохимия апоптоза305
9.1.4. Сигнальная система СВЧ310
9.1.5. Митохондрии, или «некрохондрии». Латентный механизм гибели клетки313
Выводы к разделу 9.1316
9.2. Системная приобретенная устойчивость317
9.2.1. Салициловая кислота320
9.2.2. Жасмоновая кислота и ее метиловый эфир324
9.2.3. Системин327
9.2.4. Полиамины328
9.2.5. Олигогалактурониды328
9.2.6. Этилен329
9.2.7. Абсцизовая кислота330
9.2.8. Арахидоновая кислота и эйкозаноиды330
9.2.9. Молекулы РНК333
9.2.10. Нехимические сигналы333
Дополнительная литература335
Глава 10. Общее и специфическое в иммунитете растений и животных336
10.1. Иммуномодуляторы патогенных микроорганизмов338
10.1.1. Иммуномодуляторы грибов338
10.1.2. Иммуномодуляторы вирусов341
10.1.3. Иммуномодуляторы бактерий342
10.2. Механизмы иммунитета343
10.2.1. Иммунитет на уровне целого организма343
10.2.2. Иммунитет на уровне клеток344
Выводы к главе 10352
Дополнительная литература354
Глава 11. Микробно-растительные симбиозы355
11.1. Азотфиксирующие симбиозы355
11.1.1. Бобово-ризобиальный симбиоз358
11.1.2. Симбиозы с N2-фиксирующими цианобактериями381
11.1.3. Ризосферная и эндофитная азотфиксация385
11.2. Микоризные симбиозы388
11.2.1. Арбускулярная микориза (AM)390
11.2.2. Эктомикориза (ЭМ)395
11.2.3. Орхидная микориза398
11.3. Защитные симбиозы400
11.3.1. Эпифитная стратегия: рост-стимулирующие ризобактерии400
11.3.2. Эндофитная стратегия: токсин-образующие грибы и бактерии403
11.4. Экологическое и практическое значение 7 микробно-растительных симбиозов406
Выводы к главе 11409
Дополнительная литература412
Глава 12. Экологические аспекты взаимоотношений | растенийипаразитов413
12.1. Паразиты в природных фитоценозах413
12.1.1. Влияние паразитов на фитоценозы414
12.1.2. Влияние паразитов на генетическое разнообразие популяций423
12.1.3. Формы взаимоотношений растений с паразитами в природных фитоценозах427
12.1.4. Защита сложившегося фитоценоза от внедрения чуждых видов429
12.2. Причины массовых эпифитотий культурных растений429
12.2.1. Интродукция430
12.2.2. Нарушение генетического разнообразия434
12.2.3. Агротехнические приемы438
12.2.4. Селекция на качество439
12.2.5. Нарушение среды обитания растений в результате хозяйственной и рекреационной деятельности440
12.2.6. Ликвидация отдельных звеньев в природных цепях, регулирующих экологическое равновесие растений и их паразитов441
Дополнительная литература442
Глава 13. Повышение болезнеустойчивости растений с помощью микроорганизмов и элиситоров443
13.1. Перекрестная защита443
13.1.1. Защита от грибных болезней444
13.1.2. Защита от вирусных болезней446
13.1.3. Защита растений с помощью грибных и бактериальных антагонистов449
13.2. Иммунизация451
13.2.1. Препараты, влияющие на патогенность паразитов452
13.2.2. Препараты, влияющие на устойчивость растений454
Дополнительная литература464
Глава 14. Создание устойчивых к болезням растений методами генной инженерии465
14.1. Методы получения трансгенных растений466
14.1.1. Использование Ті-плазмид466
14.1.2. Использование промежуточных векторов468
14.1.3. Использование бинарных векторов471
14.1.4. pRi-плазмиды471

Введение
top

Фитопатология – наука о болезнях растений. Как любая наука, она в свою очередь включает ряд разделов:

симптомология – изучение симптомов болезней растений;

этиология – наука о возбудителях болезней растений;

патологическая морфология, анатомия, физиология и биохимия;

эпифитотиология – наука о массовых болезнях растений – эпифитотиях;

иммунитет растений;

гигиена, профилактика и терапия.

Как видно, фитопатология, с одной стороны, – раздел биологических наук ботаники, микологии, микробиологии, вирусологии, ибо направлена на исследование больного растения и возбудителей болезней, а с другой – сельскохозяйственных наук – растениеводства, селекции, агрохимии, так как направлена на создание условий, при которых потери полезных растений от болезней будут минимальными.

Вышеупомянутые разделы фитопатологии объединяются в 3 блока вопросов:

1.Круг вопросов, связанных с болезнью индивидуального растения,

– возбудители болезней, их развитие в растении, ответ восприимчивого и устойчивого растения на заражение.

2.Болезни растений в популяциях и факторы, влияющие на эпифитотии в природных фитоценозах и агроценозах.

3.Блок прикладных исследований, связанных с диагностикой, учетом, прогнозом и защитой растений от болезней, включая селекцию устойчивых сортов.

Сквозная линия, объединяющая все перечисленные проблемы, – изучение взаимодействий высшего и низшего организмов – растения-хозяина и паразита. Без знания, анализа и использования в практике этих взаимоотношений самые устойчивые сорта быстро потеряют устойчивость, самые активные фунгициды будут малоэффективны.

Фитопатология возникла в связи с потребностями сельского и лесного хозяйства, страдающих от инфекционных болезней растений.

После массовых эпидемий растений, случившихся в XIX в., таких как фитофтороз картофеля и мильдью винограда в Европе, ржавчина кофе на Цейлоне и пшеницы в Северной Америке и др., сельскохозяйственная и биологическая науки получили заказ на изучение возбудителей болезней растений и способов борьбы с ними. Выдающиеся ученые Антон де Бари и Юлиус Кюн в Германии, М. С. Воронин в России, М. Ворд в Великобритании и другие внесли огромный вклад в идентификацию и исследование жизненных циклов фитопатогенных грибов; их работы дали мощный толчок для последующего бурного развития микологии. Знаковым событием явился тот факт, что первым открытым вирусом был возбудитель болезней не животных и человека, а растений – вирус табачной мозаики. Параллельно начались интенсивные исследования химических средств защиты растений от болезней и вредителей, стимулирующие развитие прикладных направлений органической химии, а также попытки повысить устойчивость растений к болезням с помощью иммунизации и селекции. Последнее направление привело к развитию новых идей в частной генетике и селекции растений.

Например, изящный метод преодоления нескрещиваемости разнохромосомных видов злаков был разработан американским цитогенетиком Сирсом [1] в ходе работ по переносу гена устойчивости к бурой ржавчине от диплоидного эгилопса в гексаплоидную мягкую пшеницу. Однако использование классических методов селекции и защиты растений постепенно достигло возможного потолка, так и не решив некоторых проблем, стоящих перед защитой растений от болезней. Главная из этих проблем – высокая пластичность возбудителей болезней, приводящая к накоплению в популяциях форм, резистентных к новым фунгицидам и устойчивых к новым селекционным сортам. Например, применение системных фунгицидов, на которые фитопатологи возлагали огромные надежды, привело к накоплению в популяциях резистентных штаммов грибов, что, в свою очередь, потребовало разработки сложных технологий приготовления и применения химических средств защиты растений [2]. Необходимы были новые идеи и новые технологии. И они нашлись в методологии использования рекомбинантных нуклеиновых кислот.

Последние 30 лет – время бурного внедрения в исследования фитопатологических проблем молекулярных методов, коренным образом изменивших как фундаментальные представления о взаимоотношении растений и их паразитов, так и технологии защиты растений от болезней.

Важнейшие этапы молекулярных исследований растений и их паразитов следующие:

Создание концепции "ген-на-ген" [3]..Клонирование первых генов авирулентности бактерий [4], вирусов [5], грибов [6] и установление структуры специфических элиситоров..Клонирование первых генов устойчивости томата [7], Arabidopsis [8], табака [9] и установление структуры R-белков..Установление гомологии между геном NPR1 Arabidopsis и геном I-kb, принимающим участие во врожденном иммунитете животных [10]..Полное секвенирование генома первого растения (Arabidopsis) [11]..Разработка "сторожевой модели" действия генов устойчивости [12]..Установление общей структуры белков, осуществляющих рецепцию сигнальных молекул и трансдукцию сигнала в клетках растений, беспозвоночных и позвоночных животных в ответ на инвазию симбиотических и паразитических микроорганизмов [13]..Сиквенс геномов фитопатогенных оомицетов из рода Phytophthora [14]..Установление различий между триггерными молекулами, участвующими в индукции врожденного и специфического иммунитета [15].

Эти и другие достижения молекулярной биологии сыграли огромную роль как для понимания интимных механизмов взаимоотношений растений с их паразитами, так и для создания принципиально новых подходов к защите растений.

Во-первых, удалось снять многочисленные противоречия, полученные в ходе экспериментальных исследований иммунитета животных и растений в XX в., такие как противоречия: а) между иммунитетом растений и животных; б) между видовым и сортовым иммунитетом растений (хозяйской и нехозяйской устойчивостью); в) между неспецифическими и специфическими элиситорами; г) между индукцией и супрессией защитных реакций, как основой специфичности. Это позволило подойти к созданию единой общей теории иммунитета [см. 16, 17].

Во-вторых, дополнительным результатом исследования молекулярных механизмов устойчивости растений и патогенности их паразитов явилось создание новых подходов к защите растений. Это привело, в частности, к тому, что фитопатологическая практика находится сейчас на пути замещения фунгицидов иммунизаторами, традиционных методов селекции устойчивых сортов генно-инженерными технологиями, позволяющими не просто вводить в растение новые гены устойчивости, но и конструировать измененный метаболизм, делающий растение недоступным для паразита.

Основное содержание книги направлено на изложение вышеупомянутых проблем.

Наконец, для понимания механизмов взаимоотношений растений с микроорганизмами и эволюции этих взаимоотношений огромную роль играет исследование не только паразитических, но и симбиотических взаимоотношений, к тому же использование симбиотических и ассоциативных микроорганизмов играет все более значительную роль в сельскохозяйственных биотехнологиях. Поэтому проблеме взаимоотношений растений с симбиотическими микроорганизмами также будет уделено внимание в книге.

Книга написана исследователями из институтов РАН, РАСХН и Московского университета, много лет работающими в областях фитопатологии, сельскохозяйственной микробиологии, вирусологии и иммунитета растений и внесшими серьезный вклад в развитие отечественной науки и образования. Главы 1, 2, 4, 10 и 12 написаны Ю. Т. Дьяковым, глава 3 – Л. А. Щербаковой, главы 6 и 7 – Ю. Т. Дьяковым и О. Л. Озерецковской, главу 5 написали В. Г. Джавахия, Ю. Т. Дьяков и О. Л. Озерецковская, главу 8 – С. Ф. Багирова, Ю. Т. Дьяков и О. Л. Озерецковская, главу 9 – С. Ф. Багирова и О. Л. Озерецковская, главу 11 – И. А. Тихонович и Н. А. Проворов, главу 13 – В. Г. Джавахия, Ю. Т. Дьяков и Л. А. Щербакова, главу 14 – В. Г. Джавахия и Л. А. Щербакова. Общую редакцию книги осуществил ее главный редактор Ю. Т. Дьяков. В редактировании также принимали участие В. А. Джавахия и Л. А. Щербакова.

Данная книга издана при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (МНТЦ) в рамках международных исследовательских проектов 3745 и 3978.


О редакторе
top
photoДьяков Юрий Таричанович
Доктор биологических наук, профессор Биотехнологического центра МГУ имени М. В. Ломоносова. Заслуженный профессор Московского университета, Соросовский профессор, заслуженный работник высшей школы РФ, вице-президент Национальной академии микологии и Регионального общества фитопатологов. Автор и соавтор 13 книг и более 300 статей, посвященных различным вопросам микологии, фитопатологии и иммунитета растений.