OTPORNOST BILJAKA PREMA VIRUSIMA - agrif.bg.ac.rs 4. Otpornost prema biljnim virusima BK.pdf ·...

OTPORNOST BILJAKA PREMA VIRUSIMA

Samoodbrana od virusa na načine koji odgovaraju njihovim fiziološkim aktivnostima i gra ñi

Otpornost čoveka i životinja prema virusima zasniva se na:

Zaštitnim reakcijama

retukuloendotelni sistem (jetra, slezina, limfni čvorovi, koštana srž) i krvotok

antitela interferonispecifična nespecifična

proteinska jedinjenja (odbrambene materije)

Da li biljke stvaraju antitela i interferone?

• Biljke ne stvaraju antitela

• Biljke stvaraju antivirusna jedinjenja koja • Biljke stvaraju antivirusna jedinjenja koja pokazuju fizičko-hemijsku i biološku sličnost sa interferonima

Načelo samoodbrane biljaka od virusa ostvaruje se u uzajamnom dejstvu

biljke domaćinavirusa i

spoljašnje sredine

•Reakcije biljke na napad parazita uslovljene su •Reakcije biljke na napad parazita uslovljene su genotipom biljke•Napad parazita, razvoj i parazitiranje u ćeliji zasnovani su na genotipu virusa

Otpornost biljaka prema virusima = odbrambene reakcije na razli čite na čine

Definisanje pojmova i termina vezanih za otpornost

OsetljivostImunost

Otpornost (rezistentnost,mala osetljivost)Tolerantnost (trpeljivost)

Preosetljivost (hipersenzibilnost)

OsetljivostVirus:• “lako”zaražava biljku• “lako” se replikuje u biljci• obično izraženi simptomi• izuzetak: latentne infekcije

Replikacija +++Simptomi +++

Beet necrotic yellow vein virus,BNYVV

Šećerna repa

Kasnija faza patološkog procesa u korenu še ćerne repe zaražene BNYVVProliferacija se proširila do centralne srži.

Brojni slojevi felogena nisu spre čili širenje infekcije

ImunostBiljka je imuna na neki virus:• kad je taj virus ne može zaraziti• kad nije doma ćin tog virusa

Replikacija -Simptomi -

Barley yellow dwarf virus, BYDVječam, pšenica, raž

Šećerna repa nije doma ćin BYDV

Pšenica nije doma ćin BNYVV

Beet necrotic yellow vein virus,BNYVVŠećerna repa

Pojam imun se često koristi kad se želi istaći da virus ne može zaraziti odreñenu sortu neke biljne vrste čije su druge sorte normalno osetljive na isti virus.

POGREŠNO!!!

Imunost ograničiti na slučajeve kad sve sorte neke biljne vrste nisu domaćini odreñenog virusaneke biljne vrste nisu domaćini odreñenog virusa

Ekstremna rezistentnost kad je odreñena sorta (sorte) neke vrste osetljiva, odnosno virus može zaraziti samo tu sortu (sorte)

Mehanizam imunosti

Verovatno nemogućnost deproteinizacije viriona

Rezistentnost (otpornost)

Biljka je rezistentna na virus:• Ako je sposobna da smanji ili spreči replikaciju virusa• Ako je sposobna oslabiti ili sprečitu pojavu simptoma

Replikacija +-Simptomi +-

Rezistentan (otporan) suprotan pojam Osetljiv

Otporna (rezistentna) biljka-replikacija potpuno sprečena ili smanjena

-ne pokazuje simptome ili pokazuje slabe simptome

Tipovi rezistentnosti:1. Rezistentnost na “prodiranje” virusa1. Rezistentnost na “prodiranje” virusa2. Rezistentnost na replikaciju virusa3. Rezistentnost na širenje virusa u biljci

Rezistentnost na “prodiranje” (unošenje virusa) u biljku (debljina kutikule, tip epidermalnih dlaka)

Virusi Cucurbitaceae prenosivi vašima na neperzistentan na čin: Zucchini yellow mosaic virus Cucumber mosaic virusWatermelon mosaic virus

Formiranje sare oko sudovnog snopi ća otporne sorte jagode

Virusi jagode prenosivi vašima na perzistentan na čin:Strawberry crinkle virusStrawberry mild edge virusStrawberry mottle virus

Rezistentnost na replikaciju virusa

1. Virus može zaraziti dve sorte jedne iste biljne vrste a da se u njima nejednako replikuje:

a) U jednoj se replikuje slabob) U drugoj se replikuje sasvim dobro

Nije poznat mehanizam!!!

Rezistentnost na sistemično širenje virusa u biljci

U nekim sortama jedne biljne vrste sistemično širenje može se smanjiti

Mehanizam: ne formira se ili je defektan protein za k retanje virusa od ćelije do ćelije putem plazmodezmi (movement protein)

Ovaj tip rezistentnosti ne treba mešati sa lokalizaci jom virusne infekcije koja je posledica hipersenzitivne reakcije

Tolerantnost

Tolerantne su one biljke:

-koje virus može zaraziti-u njima se virus normalno replikuje-u njima se virus širi sistemi čno-u njima se virus širi sistemi čno-ali su simptomi blagi ili gotovo neprimetni

Nije tolerantnost ako je slabija pojava simptoma

usled slabije zaraze ili slabije replikacije virusa

to je rezistentnostvezanost za osobine virusa

Tolerantnostje vezana za nasledne osobine biljke

Vrh korena še ćerne repe zaražen BNYVV

Felogen kao barijera oko mesta infekcije spre čava dalje širenje virusa

• Izmenjene zone su kompletno okružene plutinim sloje m i odvojene od nezaraženog dela korena še ćerne repe sa BNYVV

• U preostalom delu korena nema patoloških promena• Kambijalni prstenovi su normalni i formira se novi epidermis

odmah do zaraženog dela

Prednosti tolerantnih sorti

Prednosti:Ako nema imunosti i otpornosti tolerantne sorte omogu ćavaju dobar prinos (BNYVV, tolerantne sorte sorte spasile gajenje še ćerne repe)

Nedostaci tolerantnih sorti

• Nedostaci:• Izvor zaraze za osetljive sorte ili druge biljke doma ćine • Poseban oprez kod višegodišnjih biljaka• (Stanley, Plum pox virus, PPV)

Hipersenzitivnost=hipersenzibilnost=lokalizacija virusa na i oko mesta infekcije

nekrozom tkiva1. Replikacija virusa samo u prvoj ćeliji u

kojoj je unet2. Replikacija virusa u susednim ćelijama ali

nema daljeg širenja

•Stvaranje lokalnih nekrotičnih pega•Stvaranje lokalnih nekrotičnih pega•Brzo širenje virusa kroz biljni organ i njegova nekroza

Virusi kao apsolutno obligatni paraziti ne mogu da se umnožavaju u nekrotiranim ćelijama, tkivima ili organima

Biljka “žrtvuje” ćeliju, deo svoga tkiva ili organ da bi sprečila dalje širenje virusa

Kako nastaje nekroza ćelija?

Povećana koli čina fenolaOkisidacija fenola u hinoneVezivanje ćelijskih sastojaka sa hinonimaTaloženje belan čevinaSložena bojena jedinjenjaObrazovanje tamnih pigmenataIzumiranje protoplasta=nekroza ćelijeIzumiranje protoplasta=nekroza ćelije

Hipersenzibilnim reakcijama virusi omogu ćavaju:1.Sprečavanje širenja virusa kroz biljku2.Sprečavanje sekundarnog širenja virusa na druge jedinke

Hipersenzitivnost (preosetljivost) je vezana za svo jstva biljke

Hipersenzibilna reakcija

1. Lokalne nekroze prouzrokovane virusima-TMV na liš ću Nicotiana glutinosa-PPV na liš ću Chenopodium foetidum

Nivo otpornosti na osnovu simptoma bolesti i umnožavanja virusa

Otpornost Simptomi Umnožavanje virusa

Osetljivost +++ +++

Imunost (kad biljka nije domaćin)

- -nije domaćin)

Otpornost (mala osetljivost)

+- +-

Tolerantnost +- ++do+++

Preosetljivost Nekrotične pege ili uginuće

biljaka

+

Značaj otpornih sorti u kontroli virusnih oboljenja

Gajenje otpornih sorti biljaka najbolje rešenje u k ontroli biljnih virusa

Otporne sorte se mogu dobiti:1.Konvencionalnom selekcijom -Dugotrajna prirodna selekcija biljnih populacija u prisustvu izvora inokulumainokuluma-Unošenjem gena otpornosti ukrštanjem biljaka želje nih osobina sa biljkama koje poseduju izvor otpornosti2. Genetska modifikacija biljaka unošenjem gena raz ličitog porekla i funkcije

Primer prirodne selekcije: Domaće populacije tetovca i gradištanca prema Been common mosaic virus (BCMV)

Otpornost biljaka prema virusu se ne može održati trajno

Koliko je otpornost prema odre ñenom virusu dugotrajna?

Zbog čega su virusi varijabilni?

MutacijeMutacijeRekombinacije

PseudorekombinacijeKomplementacije

Virus bronzavosti paradajza

(TSWV)

Virus nekrotične pegavosti

Impatiensa (INSV)

Teškoće u kontroli TSWV: VARIJABILNOST VIRUSA

Velika varijabilnost TSWV

Mutacije RekombinacijeRekombinacije

Pseudorekombinacije(preraspodela segmenata

tripartitnog genoma)

BRZO PREVAZILAŽENJE OTPORNOSTI

Otpornost biljaka prema virusima = odbrambene reakcije na razli čite na čine

1. Prirodna otpornost

2. Stečena otpornost

3. Vegetativna otpornost

4. Unakrsna zaštita

Prirodna otpornost

•Potiče od osobina genotipa biljke i ne zavisi od virusne infekcije •Potpuna i delimična otpornost•Potpuna otpornost poželjna, ali retka (imunost)•Delimična prirodna otpornost je tolerantnost •Delimična prirodna otpornost je tolerantnost (trpeljivost)

Stečena otpornost

•Otpornost koja nastaje u biljkama isključivo posle infekcije i posledica je odbrambenih reakcija prema prisustvu i aktivnosti virusa

•Stečena otpornost nastaje kod:Lokalizovanih infekcija (samo kod hipersenzibilnih biljaka)

Sistemičnih infekcija

Stečena otpornost hipersenzibilnih biljaka=oko mesta infekcije, sa daljinom se umanjuje

Lokalizovane infekcije lokalna otpornost

Hipersenzibilna reakcija preosetljivog genotipa duva na na Tomato spotted wilt virus (TSWV)

Stečena otpornost osetljivih biljaka sa sistemi čnom infekcijom

Akutna faza-”šok” faza ; jako ispoljavanje simptomaHroni čna faza- ublažavanje simptoma, maskirani simptomi, biljka nastavlja sa razvojemOporavljaju ća faza- povlačenje simptoma, ne vide se, biljke se po izgledu ne mogu razlikovati od nezaraženih

Tobacco mosaic virus-paprika

Vegetativna zaštita=uticaj otpornih podloga n apove ćanje opšte

otpornosti nakalemljenih biljaka

Kao univerzalna praksa u proizvodnji - sve više se preporu čuje kalemljenjena specijalne forme unutar Lagenaria sicerariavrste (vrg)

Vrg Lagenaria siceraria

otpornost prema: zemljišnim šteto činama, fuzarioznim uvenu ćima, otpornost na hladno ću, i otpornost na viruse

UNAKRSNA ZAŠTITA =prethodna zaraza blagim sojem sprečava zarazu ili razvoj ili

odlaže simptome posle infekcije virulentnim sojem

Nedostaci:•Stalan izvor inokuluma za osetljive biljne vrste•Stalan izvor inokuluma za osetljive biljne vrste•Mogućnost rekombinacije virusa u prirodi

Horizontalna i vertikalna otpornost

Horizontalna otpornost =otpornost kad nema specifične meñuzavisnosti izmeñu genotipa biljke i genoma virusa

Vertikalna otpornost =otpornost kad postoji specifična meñuzavisnost izmeñu sorte biljke i soja virusa

Vertikalna otpornost se objašnjava odnosom gen za gen=biljka poseduje gen za rezistentnost , a virus gen za virulentnost

Sorte pasulja i njihovi geni

rezistentnosti

Virusni sojevi i njihovi virulentni geni

NL1 NL7 NL8 NL6 NL2 NL3(5) NL4

0 1 2 1,12 1,2 1,12 ,2 1,12 ,22

bc-u S* S S S S S S

bc-u bc-1 R S R S S S S

bc-u bc-12 R R R S R S S

bc-u bc-2 R R S R S S R

bc-u bc-1 bc-2 R R R R S S R

bc-u bc-12 bc-22 R R R R R R S

Odnos “gen za gen” od kojeg zavisi otpornost pasulja p rema sojevima Been common mosaic virus-a

bc-u bc-12 bc-22 R R R R R R S

bc-u bc-22 bc-3 R R R R R R R

*S = osetljiv, R = otporan

•Recesivni sastav rezistentnosti pasulja•Sojevi virusa se razlikuju po sastavu svojih virulet nih gena•Rezistentnost sorti pasulja prema BCMV zavisi od od k ombinovanog delovanja gena pasulja bc-u sa jednim ili više drug ih gena•Rezistentnost sorti pasulja zavisi od genotipa pasulj a i tipu virusnog soja•Ne postoji još soj BCMV koji poseduje virulentni ge n da prevazi ñe rezistentnost bc-3 gena pasulja

Transgena otpornost biljaka prema virusima

Transgene biljke=Genetski modifikovane biljke

Danas je mogu će ugraditi svaki strani gen u biljku u kojoj će se desiti njegova ekspresija

Definicija genetski modifikovanih organizama (GMO)

1.GMO je organizam čiji je genetički materijal namerno promenjen.

2. GMO je organizam (biljka, životinja, 2. GMO je organizam (biljka, životinja, mikroorganizam) na kome je primenjena tehnologija rekombinantne DNK (genetičko inženjerstvo) radi uvoñenja, uklanjanja ili modifikovanja specifičnih delova genoma tog organizma.

Definicija GMB

• Genetski modifikovane biljke=Transgene biljke: su biljke koje imaju jedan ili više gena koji su različiti od biljnih gena ili gen/gene koji su izmenjeni ili specijalno agregirani i uneti u biljni genomspecijalno agregirani i uneti u biljni genom

Transgen sadrži:-gen koji kodira osobinu od interesa-promotersku sekvencu koja omogućava

aktivnost unetog gena u biljci-marker gen za lakše praćenje njegove

ugradnje u biljku

Prednosti GMB

1. Smanjuju troškove proizvodnje(upotrebu hemikalija, oruña za obradu)

2. Nutritivnije biljke nego do sada(“zlatni pirinač”-Fe i beta karotin)

3. Usmerene na stvaranje novih lekova4. Usmerene na stvaranje takvih biljaka kojeće da budu:-otpornije na sušu-brže rastu-otporne na bolesti i štetočine-stvaraju više hrane

5. Prednost u odnosu na tradicionalno oplemenjivanje

Tradicionalno oplemenjivanje

-samo izmeñu jedinki iste ili veoma bliske -samo izmeñu jedinki iste ili veoma bliske vrste

-prenosi se kompletan set gena iz roditeljskih linija u novo potomstvo

- vreme potrebno za stvaranje nove biljke

Transgene biljke-spajanje gena dve potpuno različite

taksonomske celine (biljka-virus)-unošenje željenog fragmenta DNA-brže dobijanje novih biljaka

Argumenti protiv GMO

-uticaj na spoljašnju sredinu

-uticaj na zdravlje čoveka(najčešća briga vezana za GMO: rizik od alergičnih reakcija)

• Protivnici genetičkog inženjerstva i GMO:“igranje sa osnovnim gradivnim elementimaživota“ (genima) pripada samo Bogu

čovek nema moralno pravo na toGenetičko inženjerstvo-neetičko

• Pobornici genetičkog inženjerstva i GMO:• Pobornici genetičkog inženjerstva i GMO:primer primene vrhunske nauke u interesu sigurnije proizvodnje:

-veće količine i kvalitetnije hrane i-drugih proizvoda uz očuvanje čovekove

sredine

Nedovoljna informisanost i strah od nepoznatog

Mogućnost : Unošenje gena za otpornost iz jedne biljke u drugu

Poteško ća:Identifikacija gena koji su odgovorni za

otpornostotpornost

Rešenje : unošenje

virusnih genasatelitne RNA

ribozima

Transgene biljke sa otpornoš ću prema virusima

1. TB sa ekspresijom gena za proteinski omotač (CP)

2. TB sa ekspresijom gena za 54K mogući protein TMV

(kod ovih biljaka se ne stvara protein, nego se (kod ovih biljaka se ne stvara protein, nego se akumuliraju transkripti očekivane sekvence)

3. TB sa ekspresijom gena virusne polimeraze

4. TB sa ekspresijom gena za “movement” protein5. TB sa ekspresijom gena za “helper“

komponente6. TB sa satelitnom RNK (TB duvan-sadrži kopije

satRNA CMV-otporne na CMV)7. TB sa “antisense“ RNAs

8. TB sa ekspresijom RNA enzima-ribozimi (koji specifično seku virusnu RNA)specifično seku virusnu RNA)

9. TB sa ekspresijom gena za “insect toxin“ koji ubijaju vektore dok se hrane na biljci

10. TB sa ekspresijom gena za virusno- specifična antitela (konstruisanim genom za antitela

Prva generacija transgenih biljaka otpornih na virus ugrañen gen za proteinski omota č

Tobacco mosaic virus (TMV) Alfalfa mosaic virus (AMV)Tobacco rattle virus (TRV)

Potato X virus (PVX)

Protein virusnog kapsida ne omogućava deproteinizaciju virusa

Nema replikacije u biljci

TMV i paradajz- u praksi

Simptomi na netransgenim biljkama duvana, Potato Y virus, PVY

Transgeni duvan

Način utvr ñivanja da li je biljka transgena

Važna pitanja koja o čekuju odgovor

1. Da li će uvoñenje TB voditi prakti čnoj i generalnoj kontroli virusnih oboljenja

2. Da li će se otpornost o čuvati u polju pri inokulaciji vektorima

3. Da li će se virusi prenositi semenom TB3. Da li će se virusi prenositi semenom TB4. Dobijanje otpornosti prema više virusa5. Efikasnost otpornosti kod višegodišnjih

kultura6. Savlañivanje otpornosti pojavom novih

viruslentnih sojeva7. Stvaranja novih virusa rekombinacijom u

TB

Transgene biljke sa otpornoš ću prema virusima

1. TB sa ekspresijom gena za proteinski omotač (CP)

2. TB sa ekspresijom gena za 54K mogući protein TMVprotein TMV

(kod ovih biljaka se ne stvara protein, nego se akumuliraju transkripti očekivane sekvence)

3. TB sa ekspresijom gena virusne polimeraze

4. TB sa ekspresijom gena za “movement”protein

5. TB sa ekspresijom gena za “helper“komponente

6. TB sa satelitnom RNK (TB duvan-sadrži kopije satRNA CMV-otporne na CMV)

7. TB sa “antisense“ RNA7. TB sa “antisense“ RNAs

8. TB sa ekspresijom RNA enzima-ribozimi (koji specifično seku virusnu RNA)

9. TB sa ekspresijom gena za “insect toxin“koji ubijaju vektore dok se hrane na biljci

10. TB sa ekspresijom gena za virusno-specifična antitela

Važna pitanja koja o čekuju odgovor

1. Da li će uvoñenje TB voditi prakti čnoj i generalnoj kontroli virusnih oboljenja

2. Da li će se otpornost o čuvati u polju pri inokulaciji vektorima

3. Da li će se virusi prenositi semenom TB3. Da li će se virusi prenositi semenom TB4. Dobijanje otpornosti prema više virusa5. Efikasnost otpornosti kod višegodišnjih

kultura6. Savlañivanje otpornosti pojavom novih

viruslentnih sojeva7. Stvaranja novih virusa rekombinacijom u

TB