Основоположник учения об иммунитете растений

Иммуните́т расте́ний (фитоиммунитет) — невосприимчивость растений к патогенам, а также насекомым. Фитоиммунитет обеспечивается множеством механизмов: выработкой низкомолекулярных фитонцидов, обладающих антибактериальными и фунгицидными свойствами, рецепторами распознавания специфических белковых и углеводных последовательностей (англ. pattern recognition receptors)[1][2], характерных для многих возбудителей, и системой подавления экспрессии генов при помощи РНК (RNA silencing)[3] в качестве противовирусной защиты.

Определения

Иммунитет растения к вредному организму — Способность растения в той или иной мере противостоять заселению или заражению вредным организмом или противодействовать его развитию в растении.[4]

Различают также толерантность растения к вредному организму — Способность растения сохранять удовлетворительную урожайность и качество продукции при поражении возбудителем болезни или повреждении вредителем.[4]

Механизмы иммунитета растения к болезням (устойчивость растения по отношению к фитопатогену) и иммунитета растения к вредителям (устойчивость растения к повреждению его вредителями) различны.

Учение Вавилова об иммунитете растений

Российский и советский учёный Н. И. Вавилов является основателем учения об иммунитете растений, положившего начало изучению его генетической природы. Он считал, что устойчивость против паразитов выработалась в процессе эволюции растений в центрах их происхождения на фоне длительного (в течение тысячелетий) естественного заражения возбудителями болезней. Согласно Вавилову, если в результате эволюции растения приобретали гены устойчивости к патогенам — возбудителям болезней, то последние приобретали способность поражать устойчивые сорта благодаря появлению новых физиологических рас. Так, каждый сорт пшеницы может быть восприимчивым к одним расам и иммунным к другим. Новые расы фитопатогенных микроорганизмов возникают в результате гибридизации, мутаций или гетерокариозиса (разноядерности) и других процессов[5].

Вавилов подразделял иммунитет растений на структурный (механический) и химический. Механический иммунитет растений обусловлен морфологическими особенностями растения-хозяина, в частности, наличием защитных приспособлений, которые препятствуют проникновению патогенов в тело растений. Химический иммунитет зависит от химических особенностей растений[5].

Типы иммунитета[4]

* активный иммунитет растения: устойчивость растения, которая обеспечивается свойствами растений, проявляющимися у них только в случае нападения фитопатогена или фитофага, то есть в виде защитных реакций растения-хозяина на внедрение возбудителя болезни или повреждение вредителем.

* пассивный иммунитет растения: устойчивость растения, которая обеспечивается свойствами, проявляющимися у растений независимо от угрозы заражения или заселения.

* возрастной иммунитет растения: устойчивость растения к вредному организму, проявляющаяся в определённом возрасте.

* врожденный иммунитет растения: устойчивость
растения к вредному организму, передающаяся по наследству.

* приобретенный иммунитет растения: устойчивость растения к вредному организму, приобретаемая растением в процессе его индивидуального развития [онтогенеза] под влиянием определенных внешних факторов или в результате перенесения данной болезни.

* групповой иммунитет растения: устойчивость растения к нескольким видам одной биологической группы возбудителей заболеваний или вредителей.

* длительный иммунитет растения: способность растения длительное время сохранять индуцированный иммунитет к вредному организму.

* индуцированный иммунитет растения: устойчивость растения к вредному организму, вызванная ослабленными штаммами фитопатогенов или химическими иммунизаторами.

* комплексный иммунитет растения: устойчивость растения к разным группам возбудителей заболеваний и вредителей.

* олигогенный иммунитет растения: устойчивость растения к определенным расам вредного организма, контролируемая малым числом генов растения.

* полигенный иммунитет растения: устойчивость растения, не специфичная к расам вредного организма и контролируемая многими генами растения.

* неспецифический иммунитет растения: устойчивость растения, которая выражается в полной невосприимчивости растений к вредному организму.

* специфический иммунитет растения: устойчивость растения к вредному организму, которая проявляется на уровне отдельных форм в пределах вида.

Химическая иммунизация растения

Химическая иммунизация растения — это использование химического вещества для создания иммунитета растения к вредным организмам.[4]

Метод оценки иммунитета растений

Заключается в оценке устойчивости растений к вредным организмам с учётом биотических и абиотических факторов по проявлению симптомов заболевания или повреждения, по степени поражения или повреждения растений, по распространению болезни, или по потерям урожая.[4]

См. также

• Иммунитет (биология)
• Иммунная система
• Резистентность (биология)
• Патоген
• Фитопатология

Примечания

Литература

• Вавилов Н. И. Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям (сб.) / Отв. ред. Л. Н. Андреев; (Предисл. Л. Н. Андреева, М. В. Горленко); АН СССР, Секция хим.-технол. и биол. наук. М. Наука 1986.
• Вавилов Н. И. Проблемы иммунитета культурных растений / Н. И. Вавилов. — Т. IV. — М.; Л.: Наука, 1964.
• Вердеревский Д. Д., Иммунитет растений к инфекционным болезням, Кишинев, 1968.
• Горленко М. В. Краткий курс иммунитета растений к инфекционным болезням, 2 изд., М., 1962.
• Дьяков Ю. Т., Шкаликов В. А. Иммунитет растений. Колос, 2005 (ISBN 5-9532-0328-4).
• Курсанова Т. А. Развитие представлений о природе иммунитета растений. М.: Наука, 1988.
• Плотникова Л. Я., Иммунитет растений и селекция на устойчивость к болезням и вредителям: Учебник для студентов вузов. КолосС, 2007 (ISBN 978-5-9532-0356-2).
• Рубин Б. А. Биохимия и физиология иммунитета растений / Б. А. Рубин, Е. В. Арциховская, В. А. Аксенова. М., 1975. — 320 с.
• Сухоруков К. Т. Физиология иммунитета растений. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1952.
• Физиология иммунитета растений (сб. статей) М.: Наука, 1968.
• Флористика, физиология и иммунитет растений (сб. статей) / Редкол.: Ю. Н. Прокудин (отв. ред.) и др. Харьков: Вища школа, Изд -во при Харьк. ун-те 1981.
• Шапиро И. Д. Иммунитет полевых культур к насекомым и клещам / И. Д. Шапиро. Л.: Наука, 1985.

Общеизвестно, что успехи науки XX в. определяются не столько открытиями отдельных талантливых ученых, сколько объединенными усилиями коллективов, способных превратить эти открытия в мощные направления пауки и обеспечить их практическое применение.

В связи с этим все более важную роль начинают играть ученые, сочетающие в себе талант исследователя и организатора. Таких ученых сравнительно немного, и их имена становятся быстро известными во всем мире. Но даже среди них уникальная роль принадлежит выдающемуся советскому биологу Николаю Ивановичу Вавилову. Именно поэтому ЮНЕСКО приняло решение отметить в 1987 г. во всем мире столетие со дня его рождения.

О Н. И. Вавилове, с именем которого связано становление и развитие многих направлений в биологии, в том числе и фитоиммунологии, написано очень много — писали его соратники, ученики, историки науки, писатели. И тем не менее в книге о фитоиммунологии мы не можем не рассказать о ее основоположнике.

1920 год. Гражданская война. Страна разорена. Не жалея сил, отказывая себе в самом необходимом, народ трудился над восстановлением разрушенного хозяйства. Огромным было стремление народа к науке и культуре, к строительству повой жизни. В такой обстановке собрался III Всероссийский съезд селекционеров. На трибуне 33-летний, но уже хорошо известный профессор. Зал с затаенным дыханием слушает об открытии им параллельной изменчивости у близких видов и родов растений. Свое открытие Николай Иванович назвал законом гомологических рядов в наследственной изменчивости (от греческого «гомос» — соответственный, подобный). Суть закона коротко сводится к тому, что все виды растений, отличаясь друг от друга характерными свойствами, вместе с тем имеют много сходного. Поэтому, обнаружив изменчивость признаков у одного рода или вида, можно ожидать подобную же изменчивость и у других близких им видов и родов.

Делегаты съезда аплодируют молодому ученому. Его исследования открывают новые, ранее неизвестные пути планомерного поиска иммунных форм среди огромного числа растений, нужных человеку. Вновь открытый закон сравним с периодической системой Д. И. Менделеева, позволяющей предсказывать существование новых химических элементов с определенными свойствами.

Впервые было дано научное обоснование распределению различных форм культурных растений по земному шару. Результаты этих поистине грандиозных по замыслу и масштабам исследований легли в основу фундаментального труда «Учение о происхождении культурных растений после Дарвина». В поисках необходимых для сельского хозяйства растений Николай Иванович исколесил чуть ли не всю планету. Это не был поиск вслепую, а целенаправленные экспедиции по научно обоснованным маршрутам. Он сумел проникнуть в труднодоступные районы Азии, Африки, Южной Америки, не посетив, вероятно, Австралию потому, что она не представляла интереса для поиска нужных для сельского хозяйства растительных форм (так оно и оказалось впоследствии).

В результате Н. И. Вавилов вместе со своими сотрудниками создали самую ценную в мире коллекцию семян, она включает более 250 000 образцов растений, принадлежащих 1740 видам. Коллекция является как бы живой, поскольку непрерывно высевается и изучается более чем в 100 различных по почвенно-климатическим условиям районах Советского Союза. Она служит неиссякаемым кладезем для создания новых сортов сельскохозяйственных растений, превосходящих старые по урожайности, скороспелости, засухоустойчивости, морозоустойчивости, устойчивости к болезням, пищевым и технологическим достоинствам.

Мы начали свой рассказ о Н. И. Вавилове с его доклада на съезде селекционеров, так как именно селекции в значительной мере были подчинены его исследования в области фитоиммунитета. Придавая большое значение всем способам защиты растений от болезней, он все же считал, что радикальное решение проблемы может быть достигнуто путем широкого использования иммунных сортов.

Теме иммунитета растений, как любимому детищу, Николай Иванович оставался верен всю свою жизнь, несмотря на широкий спектр своих интересов, многогранность деятельности и огромную занятость.

Свои исследования по фитоиммунитету Н. И. Вавилов начал с изучения устойчивости хлебных злаков к паразитарным грибам в Петровской, ныне Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Серию важных исследований он выполнил также в Англии, где ему была предоставлена обширная коллекция пшениц разных видов и сортов. После 8 лет упорного труда, в 1919 г., Н. И. Вавилов опубликовал свою работу «Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям», которую посвятил памяти великого исследователя иммунитета Ильи Ильича Мечникова. Ничего подобного в мировой литературе еще не было.

Так были заложены научные основы учения об иммунитете растений к болезням.

Следующая монография, изданная в 1935 г., называлась «Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям (применительно к запросам практики)». Интерес к данной проблеме во всем мире непрерывно возрастал. Н. И. Вавилов писал, что огромный фактический материал и специфичность области взаимоотношений растения-хозяина и паразита, а также своеобразная экспериментальная методика в этой области дают все основания к выделению особого раздела ботанической пауки — фитоиммунологии, или иммунологии растений.

В 1961 г., спустя 15 лет после смерти ученого, были впервые опубликованы рукописные материалы под названием «Законы естественного иммунитета растений к инфекционным заболеваниям (ключи к нахождению иммунных форм)».

Все работы Н. И. Вавилова по фитоиммунологии теснейшим образом связаны с генетикой, которой ученый самозабвенно служил и не изменял ни при каких обстоятельствах. Именно им были впервые разработаны в нашей стране генетические основы фитоиммунитета. В результате если изучение механизмов устойчивости растений и практического их применения все еще отстает от медицинской иммунологии, то в области генетики иммунитета медицинская иммунология давно широко пользуется достижениями фитоиммунологии.

В этих небольших заметках нет возможности даже кратко изложить учение Н. И. Вавилова об иммунитете. Да и в этом нет особой необходимости, поскольку к нему еще не раз придется вернуться в дальнейшем. Гораздо важнее, по-видимому, попытаться здесь отразить его влияние на развитие современной фитоиммунологии. А оно и сейчас очень велико и плодотворно. Можно привести немало примеров о высоком даре ученого научно предвидеть, о его умении по достоинству оценить и увидеть перспективность тех или иных направлений исследований.

Н. И. Вавилов установил, что первой и основной закономерностью, определяющей существование видов и сортов, иммунных к тому или иному паразиту, является специализация паразитов, приуроченность их к определенному кругу растений. В эволюции же паразитизма явление специализации является основным. Поэтому Н. И. Вавилов призывал селекционеров, прежде чем приступить к селекции на иммунитет, познавать биологию паразитов, степень их специализации. Чем уже специализация паразита по родам и видам растений, тем больше шансов на нахождение иммунных форм в пределах отдельных видов.

Четкая сбалансированность отношений между растением-хозяином и паразитом выражена далеко не всегда и не везде. Она возникает лишь в районах, являющихся совместной родиной растения и его патогена, в результате их так называемой сопряженной эволюции. Именно в таких районах и были обнаружены растительные формы, иммунные ко многим болезням, как это и предсказывал И. И. Вавилов. Иными словами, для того чтобы произошла взаимная притирка, растение и его паразит должны длительное время сосуществовать.

Когда Н. И. Вавилов проводил свои исследования о природе фитоиммунитета, высказывались разные, порой диаметрально противоположные точки зрения. Их авторы часто старались связать иммунитет с одним каким-то свойством растения, отметая другие. Н. И. Вавилов, внимательно разобрав их, убедительно показал, что иммунитет представляет собой «сумму из множества слагаемых». Такое определение фитоиммунитета, ставшее крылатым, стимулировало проведение фитоиммунологических исследований в самых разных направлениях и привлекло к ним специалистов разного профиля — фитопатологов, биохимиков, генетиков, физиологов.

И еще пример научной проницательности Н. И. Вавилова, сыгравший важную роль в развитии современной фитоиммунологии. Известно, что приобретенный иммунитет, играющий решающую роль в защите человека и животных от болезней, очень ограниченно используется применительно к растениям и, по существу, еще не имеет практического значения для их защиты от болезней. А в те времена даже сама возможность приобретенного иммунитета растений отрицалась.

Полвека тому назад известный американский фитопатолог Честер на основании обобщения результатов выполненных к тому времени исследовании пришел к выводу, что доказательства приобретенного иммунитета у растений слабые, путаные и полны противоречий. Диаметрально противоположный вывод сделал Н. И. Вавилов, который писал, что отрицать теоретическую возможность и наличие приобретенного иммунитета у растений не приходится. Он придавал большое значение развитию исследований в этом направлении, и его авторитетное мнение несомненно служит и сейчас важным стимулом для проведения исследований по иммунизации растений, ставшим в настоящее время одним из центральных направлений в фитоиммунологии.

Нельзя не сказать хотя бы несколько слов о Николае Ивановиче Вавилове как о человеке, о котором буквально ходили легенды, легенды живые, исходившие от людей, его близко знавших. Необычайно широкими были спектр его интересов, энциклопедические знания и поистине фантастическое трудолюбие. «Жизнь коротка, нужно спешить», — часто повторял он и действительно спешил, не теряя пи дня, ни часа для работы. Большую часть своей жизни он провел в пути, экспедициях. Радушие, простота, жизнерадостность создавали вокруг него обстановку, в которой каждому хорошо работалось и легко дышалось.

Николай Иванович очень любил свою мать и относился к ней с большой нежностью и теплотой. Любил и безмерно восхищался дарованием брата — выдающегося советского физика, президента Академии наук СССР Сергея Ивановича Вавилова.

Николай Иванович был наделен «честной храбростью» н до самых последних дней своей жизни не изменял ни себе самому, ни делу, которому отдал жизнь. Он был рассеян в силу занятости мыслями, очень доверчив и щедр. Так, будучи в Англии, он купил на своп деньги продававшиеся на торгах реликвии, связанные с жизнью Чарлза Дарвина, которые впоследствии составили ядро будущего Дарвиновского музея в Москве.

В 1930 г. в беседе с К. Г. Паустовским И. И. Вавилов четко сформулировал цель своей жизни: «Мобилизовать растительный капитал всего земного шара и сосредоточить в СССР весь сортовой запас семян, созданный в течение тысячелетий природой ц человеком».

Крупнейший ботаник-теоретик и растениевод, выдающийся генетик, селекционер, известный географ и путешественник, организатор науки, президент Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук, президент Всесоюзного географического общества, директор Института генетики, бессменный директор любимого и созданного им Всесоюзного института растениеводства, которому обязана своим становлением советская и мировая фитоиммунология, И. И. Вавилов был и остается примером беззаветного служения науке.