PLANTE TOLERANTE SI REZISTENTE LA FUNGI

1.Bolile plantelor- definitie. Plantele sunt gazde pentru o vasta gama de agenti patogeni ca, fungi, bacterii, virusuri si nematozi, responsabili pentru diferite boli infectioase si semnificative pierderi de productie in intreaga lume, ca rezultat al infectiei in timpul cresterii acestora si al distrugerii recoltelor. In sensul cel mai larg, boala unei plante este definita prin tot ceea ce dauneaza sanatatii acesteia. Mai comun, boala in cazul unei plante se refera la boala biotica si este determinata de efectele adverse ale patogenilor infectiosi, care se multiplica pe suprafata sau in interiorul unei plante, avand potentialul de a se extinde si la alte plante. Patogenul plantei poate deteriora orice parte a acesteia determinand defolierea, cloroza, oprirea cresterii, incetarea fotosintezei, leziuni, distorsiuni, necroze si moartea plantei.Toate aceste simptome, in cele din urma duc la pierderea recoltei la speciile valoroase comercial, fapt pentru care bolile plantelor aflate in continua crestere, constituie o amenintare majora pentru stocurile de hrana destinate oamenilor si animalelor. 2. Agenti patogeni si patogeneza plantelor. Mana cartofului este pentru intreaga lume una dintre cele mai distructuive boli ale plantelor de cultura, cauzand culturii cartofului, pierderi de bilioane de dolari in fiecare an. Patogenul care o provoaca este Phytophthora infestans, determinand in primul rand boala foliajului si a fructelor, la o serie de specii din Solanaceae , indeosebi la cartof si tomate. Micotoxinele si patogeneza plantelor. Micotoxinele sunt metaboliti fungici, toxici, care deseori se gasesc in produsele agricole cauzand probleme de sanatate vertebratelor. Astfel de micotoxine sunt trichotecenele - sesquiterpene epoxidate produse de specii de Fusarium,Trichothecium si Myrothecium si care actioneaza ca potentiali inhibitori ai sintezelor proteice la eucariote. Printre speciile de Fusarium care produc astfel de trichotecene ce ataca o gama larga de specii de plante, sunt incluse: F. acuminatum, F. crookwellense, F. culmorum, F. equiseti, F.graminearum, F. lateritium, F. poae, F. sambucinum si F. sporotrichioides. Micotoxinele joaca un rol in manifestarea bolii, iar reducerea toxicitatii lor poate preveni sau reduce boala in planta, in special in seminte, atunci cand planta este o cereala. In fermele de animale dar si pentru om, atat micotoxicozele acute cat si cele cronice sunt asociate consumului de grau, secara, orz, orez si porumb, contaminate cu specii de Fusarium care produc micotoxine trichothecene. Exista de asemenea o asociere intre anumite boli epidemice si consumul de seminte infectate cu specii de Fusarium, care produc trichothecene. 3.Mecanisme de aparare specifice plantelor. Plantele au dezvoltat mecanisme naturale de aparare pentru asigurarea protectiei impotriva invaziei patogenilor. Mecanismele naturale de baza impotriva fungilor, deseori nu exista sau frecvent sunt insuficiente, iar introducerea genelor straine provenite de la alte plante, animale sau din surse microbiene, poate creste apararea lor. Mecanismele naturale de aparare includ, bariere fizice si raspunsuri induse la atacul patogenilor si implica molecule de semnalizare sistemice, ce mobilizeaza mecanisme endogene de aparare ale plantelor. La speciile de plante oxigen active (AOS), semnalele in forma de explozie oxidativa au capacitatea sa actioneze ca evenimente de semnalizare, conducand la raspunsuri specifice, cum ar fi, pierderile de oxigen, inducerea inchiderii celulelor de

protectie -ABA si cresterea perilor radiculari. Una dintre genele ce induc semnalul oxidativ si care actioneaza la plantele AOS, in sensul medierii acestor raspunsuri, este ser/thr kinaza, numita OXI pentru kinaza. Semnalizarea in plante AOS poate avea loc printre altele, ca raspuns la atacul patogenilor. 4.Metode de combatere a patogenilor prin tratamente cu fungicide. Interactiunea dintre fungi si plante consta in mecanisme foarte complexe iar managementul bolilor fungice este deosebit de costisitor. Exista variate metode de combatere a fungilor, dar tipica este folosirea fungicidelor, molecule organice care se pulverizeaza pe cultura, se aplica odata cu udarea plantelor sau se incorporeaza in sol. Aceasta este cea mai practicata metoda de reducere a pagubelor prin folosirea unor agenti chimici variati, care distrug sau atenueaza actiunea respectivilor patogeni. Din pacate, multi agenti patogeni dezvolta rezistenta la asemenea chimicale iar multi dintre ei nu sunt susceptibili la control prin mijloace chimice. Spre exemplu, mana cartofului este cel mai mult controlata prin aplicarea frecventa a fungicidelor care si-au pierdut insa eficienta, prin selectia de izolate rezistente la fungicide. In plus, multi dintre agentii chimici folositi sunt toxine cu spectru larg care pot cauza mediului distrugeri serioase si au efect toxic pentru oameni si animale. 5.Crearea unor genotipuri noi de plante, tolerante sau rezistente la fungi, prin ameliorare si/sau transformare genetica, reprezinta o cale mai eficienta de protectie a plantelor impotriva atacului fungilor, prin aceea ca plantele au rezistenta endogena. O planta gazda este rezistenta daca are capacitatea de a inhiba sau intarzia cresterea fungului si aparitia simptomelor infectiei fungice sau inhiba parcurgerea ciclului de viata al fungului incluzand si diseminarea acestuia. Pentru amelioratorii plantelor sunt totusi limitate sursele privind genele de rezistenta impotriva fungilor. De aceea, mai recent, pentru combaterea patogenilor plantelor au fost folosite tehnicile de inginerie genetica. In anumite circumstante, amelioratorii si biologii din domeniul molecular au realizat cu succes inducerea rezistentei plantelor fata de anumiti fungi, existand probleme determinate numai de un patogen tinta sau de un numar mic de patogeni, relativ apropiati. Au fost descoperite un numar mare de polipeptide naturale (peptide) cu vaste activitati antimicrobiene. Dar, exista o nevoie continua privind identificarea de agenti antimicrobieni naturali, cum sunt proteinele, care pot fi formate de catre celulele plantelor direct prin translatia unei singure gene. 5.1. Strategiiin vitroprivind manipularea tolerantei sau rezistentei plantelor la fungi. Tehnologiile ingineriei genetice detin un mare potential in scopul cresterii recoltelor, odata cu reducerea inputurilor chimice si sunt folosite pentru a intensifica abilitatea naturala a plantelor de a tolera sau a rezista la atacul patogenilor. Manipularea in vitro si atingerea acestui caracter valoros al tolerantei sau rezistentei se face prin : a) modificarea expresiei unor molecule regulatoare, critice, adesea conservate printre diverse specii de plante. Moleculele regulatoare sunt proteine-factori de transcriptie, care determina cresterea (induc) sau descresterea (intarzie) ratei de transcriptie a unei gene particulare sau a unor seturi de gene. Proteinele moduleaza procesele celulare, care in timpul ciclului de viata al organismulu, in diferite stadii de dezvoltare, in diferite tesuturi si tipuri de celule, determina nivele diferentiate de expresie a genei, ca reactie la diferiti stimuli exogeni si endogeni. Factori de transcriptie sunt de exemplu, G28, G3430, domeniul ERF de la tomate continand proteinele Pti4, AtEFRI , Pti5 si Pti6, cu implicatii privind rezistenta genei PTO de la tomate. Plantele transgenice prin transformare cuprind proprietati noi si / sau proprietati valoroase comercial, incluzand si un spectru larg de rezistenta la fungii patogeni.

b) ARN inhibitor(ARNi), un mijloc important pentru silentierea genelor la multe eucariote. La plante, genele de silentiere post-transcriptionala (PTGS) cunoscute cosupresoare, se raporteaza tot la ARNi. c) enzime multifunctionale ca, germacrene-D sintaza, gamma-muurolene, delta-si gamma-cadinene si cantitati minore din alte sesquiterpene. Acestea sunt sesquiterpene hidrocarbonice ciclice, constitutive sau induse intr-o gama mare in speciile de plante, fiind folosite ca agenti antifungici si la obtinerea unor produsi valorosi pentru arome si gust sau ca produsi atractanti/inhibitori pentru insecte. d) agmatinecumaroiltransferaza(ACT), care catalizeaza prima faza a biosintezei derivatilor antimicrobieni ai hidroxicinnamoilagmatinei. Plantele transgenice sunt rezistente la patogeni cand activitatea ACTeste crescuta si /sau cand este alterata activitatea ACT este indusa modificarea compozitiei peretelui celular. e) glucoza, care poate fi oxidata de piranozo 2-oxidaza (P20) pentru a forma glucozan (D-arabino-hexos-2-uloza), care poate fi convertit la cortalcerone de piranozan dehidrataza (PD). P20 si PD au fost purificate din fungi iar P20 a fost clonat. f) proteine antifungice izolate intr-o mare varietate, atat din animale cat si din plante. Astfel de proteine confera rezistenta castanului din Europa la fungul patogen Phytophtora cinnamomi, iar porumbului transgenic rezistenta la daunatori . g) proteine legate de patogeneza (PRPs). In cazul plantelor transgenice, se refera indeosebi la expresia secventelor de ADN constitutive care codifica sinteza respectivelor proteine. Proteinele (PRPs) sunt proteine induse de infectia cu un patogen, cum este Phytophtora parasitica sau Peronospora tabacina. Proteinele respective au fost identificate in multe specii de plante, carora le confera un raspuns de aparare la infectia patogenului. Printre ele sunt incluse proteinele, SAR8.2a si SARB.2b, formele acida si bazica ale proteinelor de la tutun, PR-1a, PR-1b, PR-1c, PR- 1 min, PR-2, PR-N, PR-O, PR-O min, PR-P, PR-Q, PR-S si PR-R, chitinaza care este perechea de baza a PR-P sau PR-Q si beta -1,3 -glucanaza care este perechea de baza a PR-2, PR-N sau PR-O precum si chitinaza de la castraveti indusa de patogen. h) anticorpi modificati genetic. Prin expresia anticorpilor(Ab), a recombinantilor acestora (rAbs), a fragmentelor rAb sau a celor fuzionati sunt inactivati patogenii si proteinele patogene. Anticorpii blocheaza stadiile ciclului de viata al fungului, replicarea si diseminarea acestuia in cadrul plantei si infectia fungica. Rezistenta bazata pe anticorpi poate crea plante rezistente la patogeni. i) biopesticide, ca o alternativa specifica plantelor, de a produce pesticide. Sunt avantajoase pesticidele de natura proteica, deoarece prin tehnologia ADN recombinant, ele pot fi exprimate in plante fara a fi nevoie de enzime specifice sau de substraturi si pentru faptul ca, acestea fiind prezente in mediu pentru scurt timp, sunt mai putin daunatoare pentru acesta. Totusi, aceste biopesticide controleaza atacul patogenic in general si foarte putine dintre ele sunt eficiente. k) organisme de control biologic(biocontrol) care sunt competitori sau inhibitori ai organismelor daunatoare. Totusi, este dificil de aplicat biocontrolul pe arii largi si chiar mai dificil de a determina retinerea organismele vii in aria tratata, pentru o perioada extinsa de timp. Cele prezentate sunt rezultatul studiului cu privire la toleranta si rezistenta plantelor la atacul fungilor patogeni, efectuat pe baza a 14 documente identificate in literatura de brevete.