تحمي مقاومة النباتات للأمراض النباتات من الإمراضية بطريقتين: عبر البنية والمواد الكيميائية المعدة مسبقًا، وعبر استجابة الجهاز المناعي المحرضة بالخمج وهي متعلقة بالنبات العرضة للسقم.

مقاومة السقم هي تخفيض نموالعوامل المسقمة على أوضمن النبات (وبالتالي التقليل من السقم)، بينما يشرح مصطلح تحمل السقم النباتات التي يظهر عليها تأذّ خفيف نتيجة السقم عوضًا عن مستويات قوية من الإمراضية ويتم تحديد نتيجة السقم من خلال تفاعل ثلاثي الطرق بين العامل المسقم والنبات والظروف البيئية (ما يعهد باسم ثلاثي السقم).

من الممكن حتى تنتقل الجزيئات الفعالة دفاعيًا من خلية إلى أخرى وبشكل جهازي من خلال الجهاز الوعائي للنبات، ومع ذلك فالنباتات لا تملك خلايا مناعية دورانية ولذلك فمعظم أنواع الخلايا تظهر مجموعة واسعة من الدفاعات المضادة للعوامل المسقمة، وعلى الرغم من أنه يمكن ملاحظة اختلافات بكمية واضحة في مقاومة النبات للسقم عند مقارنة عدة عينات، ولكن من الممكن ملاحظة اختلافات بكمية متدرجة في مقاومة النبات للأمراض بين ذراري النبات أوالنمط الجيني، تقاوم النباتات بعض العوامل المسقمة بشكل متماسك ولكن تستسلم لبعضها الآخر، حيث تكون المقاومة نوعية عادةً لنوع معين من العوامل أوالذراري المسقمة.

خلفية

مقاومة النباتات للأمراض هي أمر ضروري من أجل إنتاج موثوق للطعام وتؤمن تخفيضًا هامًا في استخدام المُزارع للأرض والماء والوقود والمستهلكات الأخرى. تحمل النباتات في جميع من البيئات الطبيعية أوالمحروثة مقاومة موروثة للسقم ولكن هذه المقاومة لا تحميها على الدوام.

من الممكن حتى تنتقل العوامل المسقمة للنباتات بشكل سريع عبر مسافات كبيرة محمولة بالماء والرياح والحشرات والإنسان، وعبر مناطق كبيرة وعدة أنواع من المحاصيل، وقد قُدر حتى السقم بشكل نموذجي يقلل من محصول النبات بمقدار 10% جميع سنة في البلدان الأكثر تطورًا أوالأنظمة الزراعية ولكن خسارة المحصول نتيجة السقم غالبًا ما تتجاوز الـ  20% في الدول الأقل تطورًا.

ومع ذلك، فالسيطرة على السقم ناجحة على نحومعقول من أجل معظم المحاصيل، والتي يتم الوصول لها عبر استخدام النباتات التي أنتجت مقاومة جيدة للعديد من الأمراض ومن خلال طرق الزراعة مثل تدوير المحاصيل واستخدام البذور الخالية من العوامل المسقمة وتوقيت الزراعة المناسب وكثافة النباتات والتحكم في رطوبة الحقل واستخدام المبيدات الحشرية.

آليات شائعة لمقاومة السقم

المكونات والبنى المشكلة مسبقًا

• سطح أوبشرة النبات.
• جدار الخلية النباتية.
• المواد الكيميائية المضادة للعوامل الخامجة.
• البروتينات المضادة للعوامل الخامجة.
• المثبطات الإنزيمية.
• الإنزيمات نازعة السمية التي تحطم ذيفانات العوامل المسقمة.
• المستقبلات التي تنتبه لوجود العوامل الخامجة وتعمل دفاعات النبات القابلة للتحريض.

دفاعات النبات القابلة للتحريض بعد الخمج

• تقوية جدار الخلية (السيليلوز واللينين والسوبرين وبروتينات الجدار الخلوي).
• المواد الكيميائية المضادة للعوامل الخامجة والتي تتضمن المواد الحاوية على الأكسجين المُرجع مثل بيروكسيداز الهيدروجين أوبيروكسينيتريت أودواحر نباتية أكثر تعقيدًا مثل الجينيستين والكاماليكسين.
• البروتينات المضادة للعوامل الخامجة مثل الديفينسينس والثيونينس أوPR-1.
• الإنزيمات المضادة للعوامل الخامجة مثل البيروكسيداز والبيتا غلوكيناز والكيتيناز.
• الاستجابة مفرطة الحساسية؛ موت سريع لخلايا المضيف مرتبطة مع دفاع متواسط بالمورثات المقاومة (Bryant, Tracy 2008).

الجهاز المناعي

يحمل الجهاز المناعي للنبات طبقتين متصلتين من المستقبلات، الأولى تستشعر الجزيئات خارج الخلية والثانية تستشعر الجزيئات داخل الخلية، كلا الجهازين يستشعر وجود الأجسام الغريبة ويستجيب عبر تفعيل الدفاعات المضادة للعوامل الخامجة في الخلية المخموجة والخلايا المجاورة لها، في بعض الحالات تنتشر إشارات تفعيل الدفاعات إلى بقية خلايا النبات أوحتى إلى النباتات المجاورة، كلا الجهازين يكتشف أنواعًا مختلفة من الجزيئات الخامجة وأصناف بروتينات المستقبلات النباتية.

إن تفعيل مستقبلات الطبقة الأولى ينتج عنه المناعة المحرضة بالنمط وتفعيل مستقبلات الطبقة الثانية ينتج عنه المناعة المحرضة بالمؤثر وبالإضافة إلى هذين النوعين من المناعة من الممكن حتى تتعمل دفاعات الخلية عبر استشعار الأذية المرتبطة بمكونات النبات مثل بروتينات الجدار الخلوي المتحررة خلال عملية خمج العامل المسقم.

تتضمن الاستجابة المحرضة (المناعة المحرضة بالنمط والمناعة المحرضة بالمؤثر) فتح الأقنية الشاردية (أقنية الكهارل) والانفجار التأكسدي وتغيرات في عمليتي الإرجاع والأكسدة الخلويتين أوشلال بروتين كيناز الذي يعمل بشكل مباشر تغيرات خلوية (مثل تغيرات في جدار الخلية أوإنتاج لمواد مضادة للعوامل المسقمة) أوتفعيل تغيرات في التعبير المورثي والتي تنشط بعدها استجابات دفاعية أخرى.

يظهر الجهاز المناعي للنبات بعض التشابهات في آلية العمل مع الجهاز المناعي للحشرات والثدييات، ولكن أيضًا يظهر الكثير من الخصائص الخاصة بالنباتات، إذا الطبقتين المشروحتين مسبقًا هما طبقتين رئيستين بالنسبة لمناعة النبات ولكن لا تعبران بشكل تام عن الجهاز المناعي الخاص بالنبات.

المناعة المحرضة بالنمط

إن الدفاع المحرض بهذه الطريقة كافٍ لرد معظم العوامل المسقمة، ومع ذلك فإن بروتينات العامل المسقم المؤثرة تتكيف مع كبت الدفاع الأساسي مثل المناعة المحرضة بالنمط.

المناعة المحرضة بالمؤثر

يتم تفعيل المناعة المحرضة بالمؤثر عبر وجود المواد المؤثرة من العامل المسقم، وتعتمد هذه الاستجابة المناعية على المورثات R ويتم تفعيلها من خلال ذراري مسقمة نوعية، وتسبب المناعة المحرضة بالمؤثر عادةً استجابة استماتية مفرطة الحساسية.

آليات معزولة لمقاومة الأمراض

استشعار وجود العامل المسقم

يتم تفعيل إشارات دفاع النبات من خلال المستقبلات التي تكشف وجود العامل المسقم، تتنبه هذه المستقبلات بشكل متكرر عند إنتاج أكسيد النتريت والأكسجين المرجع وتدفق كهارل الكالسيوم والبوتاسيوم والبروتينات والمستويات المتغيرة من حمض السالسيليك والهرمونات الأخرى وتفعيل بعض البروتين كيناز النوعي، تؤدي هذه الأحداث بدورها إلى تعديل في البروتينات التي تتحكم باستنساخ المورثات وتفعيل التعبير الجيني المرتبط بدفاع المضيف .

عوامل الاستنساخ والاستجابة الهرمونية

تم تحديد مشاركة عدد كبير من الجينات والبروتينات والجزيئات في تنبيغ إشارة دفاع النبات، يساعد الهيكل الخلوي وحركة الحويصلة في توجيه الاستجابة الدفاعية للنبات تجاه نقطة هجوم العامل المسقم.

آليات عمل عوامل الاستنساخ والهرمونات

يتم تنظيم تفعيل الجهاز المناعي للنبات في جزء منه عبر هرمونات الإشارة مثل:

• حمض السالسيليك
•  حمض الجاسمونيك
•  الإيثيلين

وقد يحدث هناك تداخل أساسي بين هذه الطرق.

التنظيم عبر التدرك

كما في عدة طرق لتنبيغ الإشارة، من الممكن حتى يتم تنظيم التعبير الجيني للنبات أثناء الاستجابة المناعية عبر التدرك، وهذا عادةً ما يحدث عندما يرتبط هرمون إلى مستقبلات هرمونية ما يؤدي إلى تفعيل تدرك من البروتينات الكابحة التي تحصر التعبير الجيني لعدة مورثات، النتيجة النهائية هي تعبير جيني معمل بالهرمون.

زراعة نباتات مقاومة للأمراض

يؤكد زارعوالنباتات على انتقاء وتطوير صفوف النبات المقاوم للأمراض، ومن الممكن التحكم بسقم النبات بشكل جزئي من خلال استخدام المبيدات الحشرية أومن خلال القيام ببعض الممارسات الزراعية مثل تدوير المحاصيل والحراثة وكثافة الغرس والبذور الخالية من الأمراض وتنظيف الأدوات، إلا أنه بشكل عام يفضل المزارعون استخدام أنواع النبات المعدل وراثيًا لكي يقاوم السقم.

تتضمن أساليب الزراعة المقاومة للسقم ما يلي:

•  تحديد النباتات التي قد تكون مرغوبة بشكل أقل من بعض النواحي ولكنها تحمل سمات مفيدة مقاومة للسقم، بما في ذلك صفوف النباتات البرية التي تؤدي إلى تعزيز المقاومة.
•  تجاوز صنف مرغوب ولكن عرضة للسقم إلى نباتقد يكون هومصدر للمقاومة.
•  تنمية نباتات مرشحة للزراعة في ظروف مساعدة على السقم ومن الممكن حتى تتضمن هذه الظروف التلقيح ضد العامل المسقم، ويجب حتى ننتبه إلى العوامل المسقمة النوعية المعزولة من أجل تحديد المتغيرات من خلال نوع مفرد من العامل المسقم.
• اختيار نباتات مقاومة للسقم تملك بعض السمات المرغوبة الأخرى مثل المحصول والنوعية وسمات أخرى مقاومة للسقم.

توصف المقاومة بأنها متينة وثابتة طالما استمرت فعاليتها لعدة سنوات من انتشار العامل المسقم، تُعد المقاومة العامودية نوعية لبعض السلالات أوالذراري من أصناف العوامل المسقمة، وهي عادةً ما يتم التحكم بها من خلال مورثات R المعزولة ومن الممكن حتى تكون أقل ثباتًا، تكون المقاومة الأفقية أوالمقاومة واسعة الطيف ضد جميع أنواع العوامل المسقمة عادةً فعالة بشكل منقوص ولكن تكون أكثر ثباتًا ويتم التحكم بها عادةً من خلال عدة مورثات تفصل ما بين المزروعات.

مقاومة السقم المعدلة وراثيًا

يستخدم مصطلح (معدل وراثيًا) عادةً للإشارة إلى النباتات المعدلة باستخدام تقنيات الـ  DNA المأشوب، ولقد أظهرت النباتات المقاومة للسقم المعدلة وراثيًا ضد عضات الحشرات نجاحًا شديدًا كمنتجات تجارية وبشكل خاص نباتي القطن والذرة، ويتم غرسها سنويًا فيما يصل إلى 20 مليون هكتار في حوالي 20 دولة حول العالم ، ظهرت مقاومة النبات للسقم المعدلة وراثيًا ضد العوامل المسقمة الخمجية لأول مرة عام 1986.

الأوبئة والكثافة البيولوجية

تتصف المزروعات الأصلية عادةً بتنوع جوهري في النمط الجيني والمزروعات المبعثرة (مزروعة بشكل مختلط مع الكثير من أنواع النباتات الأخرى).

وهي أيضًا لديها تحمل للتطور المشهجر للنباتات والعوامل المسقمة، وانطلاقًا من ذلك وبما حتى العوامل المسقمة الجديدة لا تتطور فإن هذه المزروعات عادة تبدي معدلًا منخفضًا للأوبئة الإمراضية الشديدة.

يوفر النظام الزراعي أحادي المحصول بيئة نموذجية لتطور العوامل المسقمة، لأنه يوفر كثافة عالية من النماذج المستهدفة مع نمط جيني مشابه أومطابق، وإن زيادة التنقل الناتجة عن الأنظمة الحديثة للنقل توفر للعوامل المسقمة الوصول إلى أهداف محتملة أكثر.، من الممكن حتى تبدل تغيرات المناخ من المجال الجغرافي القابل للحياة لأنواع العوامل المسقمة وتسبب بعض الأمراض لتصبح معضلة في مناطق كانت فيها هذه الأمراض سابقًا أقل أهمية.

تجعل هذه العوامل الزراعة الحديثة أكثر عرضة للأوبئة السقمية، تتضمن الحلول الشائعة غرسًا مستمرًا لمقاومة السقم واستخدام المبيدات الحشرية ومعاينة وفحص الحدود وتقييد عملية استيراد النباتات، والمحافظة على تنوع وراثي كبير ضمن الحوض الوراثي للمحاصيل، ومراقبة مستمرة من أجل تسريع البدء بالاستجابات المناسبة.قد يكون لدى بعض أنواع العوامل المسقمة قدرة أكبر للتغلب على مقاومة النبات للسقم مقارنة بالأنواع الأخرى، عادةً ماقد يكون ذلك بسبب تطورها السريع وانتشارها الواسع.

المراجع

مقاومة النباتات للأمراض في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز