Výzkumný ústav rostlinné výroby,v.v.i. Praha 6 - Ruzyně Interakce mezi rostlinami a patogenními mikroorganizmy 5. odborný seminář 15.11.2007.
Obsah 2-7 L. Věchet: Význam interakcí hostitel patogen a poznávací systémy v interakci hostitel-patogen. 8-11 B. Kokošková: Zkušenosti s biologickou ochranou proti spále růžokvětých rostlin ve světě a v České republice 12-15 A. Hanzalová: Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs. v České republice. 16-18 L. Věchet: Interakce pšenice ozimá (Triticum aestivum) a padlí travní (Blumera graminis f.sp. tritici) v infekčním procesu. 19-21 V. Dumalasová, M. Fajferová, P. Bartoš: Biologické interakce mezi ozimou pšenicí a mazlavými snětmi Tilletia tritici, T. laevis a T. controversa. 22-24 J. Krejčová, B. Šerá, N. Vrchotová, K. Cvrčková: Příspěvek ke studiu alelopatických vlastností netýkavek. 25-27 J. Hýsek, M. Vach: Biologická interakce mezi patogeny a antagonistickými organismy u jarního ječmene. 28-32 L. Věchet, L. Burketová: Indukovaná rezistence rostlin. Indukovaná rezistence pšenice k padlí travnímu Blumeria graminis f.sp. tritici. 33-39 V. Šašek, B. Korbelová, L. Burketová: Antioxidační mechanismy a signální dráhy řepky aktivované při napadení Leptosphaeria maculans. 40-47 M. Švec: Papilárny mechanizmus nešpecifickej rezistencie pri pšenici. 48-53 D. Novotný: příspěvek k poznání endofytické mykobioty větví a listů jabloní a jejich vztahu k fytopatogenním houbám. 54 Závěr. 1
Význam interakcí hostitel patogen a poznávací systémy v interakci hostitelpatogen. Lubomír Věchet Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6 Ruzyně e-mail: vechet@vurv.cz Když rostlina a patogen přicházejí do vzájemného kontaktu, vytvářejí se mezi těmito dvěma organizmy těsné komunikace (Hammound-Kosack & Jones, 2000). Téměř každá interakce hostitel-patogen je jedinečná v jednotlivostech vzájemného kontaktu, to je v aktivaci, lokalizaci, časovém rozvržení a velikosti obranných reakcí. Aktivity patogena směřují na kolonizaci hostitele a k využití jeho zdrojů, zatímco rostliny jsou adaptovány ke zjištění přítomnosti patogenů a k reakci na antimikrobiální obranu a ostatní stresy. S jakými překážkami se může patogen na své cestě k infekci hostitele setkat ukazuje schéma (Obr. 3), které bylo vytvořeno pro interakcí Uromyces vignae a náchylného hostitele. Obr. 3. Průběh infekce patogena na rostlině. Heath (2004); (úprava Schwarzbach, 2004). Některé z uvedených obranných reakcí, ač diferencovaně účinné vůči patotypům, mohou být součástí výbavy tzv. nehostitelské rezistence k jiným patogenům téhož hostitele, např. jiné formae specialis. Po infekci rostliny patogenem jsou aktivovány časné lokální obranné reakce a zpožděné systémové reakce proto, aby působily proti napadení patogenem (Bülow et al, 2004). Mezi časné lokální reakce patří hypersenzitivní reakce (HR), která vede k místnímu programovanému odumření buňky rostliny, aby zbavila patogena jeho výživového základu (Greenberg, 1997; Pontier et al., 1998). Tato strategie ochrany (zejména úspěšná k biotrofním bakteriím a fotopatogenním houbám stejně jako k virům) je založena na poznání patogena a na komunikaci buňky patogena s buňkou hostitele v tkáni přilehlé k místu infekce (Thomma 2
et al., 2001). Později mohou rostliny vyvinout systémově získanou rezistenci (SAR), vedoucí k rezistenci v celé rostlině a to v nespecifickém způsobu směrem k širokému spektru patogenů. V případě SAR je signál přenášen z infikované tkáně do celé rostliny k indukci souhrnného projevu obranného genu (Ryals et al., 1994). To ukazuje, že pro rostliny jsou nezbytné signální vnímání v počátečním poznání patogena a signální transdukce ke spuštění dalších obranných reakcí, aby působily proti fytopatogenům (Nűmberger and Scheel, 2001). Zda je rostlina náchylná nebo rezistentní k infekci záleží na mnoha nepatrných interakcích mezi molekulami tvořenými rostlinou a molekulami tvořenými patogenem. Lyon (2002) uvádí, že znalost příslušných molekulárních interakcí může být rozdělena do dvou skupin založených na informaci o patogenem odvozených molekulách a informaci o rostlinou odvozených molekulách. Patogenem odvozené molekuly. Patogeni vlastní avirulentní geny, jejichž produkty souvisí s určující specifitou hostitele. Patogeni mohou vlastnit hrp geny (gen odpovědný za hypersenzitivní reakci a patogenitu), jejichž produkty jsou spojeny s indukcí hypersenzitivních reakcí u rostlin. Nekrotorfní patogeni produkují široký řadu extracelulární enzymů, umožňující jim vstoupit do rostlinných buněk prostřednictvím odbourávání polymerů buněčné stěny. Mnoho těchto extracelulárních enzymů existuje jako izoenzymy (enzymy s geneticky odlišnou primární strukturou, produkované jedním organizmem a vykazující stejnou substrátovou a účinkovou speicifitu. Mezi sebou se liší fyzikálně-chemickými parametry, funkčními vlastnostmi, buněčnou lokalizací nebo distribucí mezi tkáněmi). Mikrobiální proteázy mohou degradovat proteiny buněčné stěny spojené s rezistencí. Bitrofní patogeni tvoří velmi málo extracelulárních enzymů, ve srovnání s nekrotrofy. Patogenní houby vlastní kutinázy, které jim umožňují penetrovat kutin na povrchu rostlin. Fytopatogenní bakterie nevlastní kutinázy a mohou vstoupit pouze skrz přirozené otvory, jako např. stomata nebo poranění. Někteří patogeni tvoří fytotoxiny zamezující koordinovaným způsobem rezistenci k infekci. Fytotoxiny mohou být specifické (působící na řadu hostitelů patogena) nebo mohou být nespecifické (působí na rostliny mimo řadu hostitelů patogena). Houboví patogeni jsou obecně schopni rychle degradovat fytoalexiny tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradeace fytoalexinů z nehostitelských rostlin je velmi pomalá. Je málo důkazů o degradaci fytoalexinů bakteriemi. Rostlinou odvozené molekuly Rostliny vlastní geny rezistence, které jsou specifické k patogenu a jsou obecně neefektivní proti ostatním patogenům. To naznačuje velmi specifickou signální reakci mezi produktem genu avirulence tvořeným patogenem a produktem genu rezistence (receptorem příjemce. Bílkovina, nejčastěji v membráně, která specificky váže určitou látku z prostředí. Tato vazba v nich vyvolá změnu, jež má za následek biologickou odpověď buňky) v rostlině. Na povrchu každé buňky rostliny bude mnoho kopií receptoru. Projev genů rezistence může být modifikován ostatními geny rostliny. Zdá se, že produkty genu rezistence mají několik společných charakteristik, které zahrnují oblasti membrány a leucinem bohatých opakování (ty jsou často spojeny s proteiny zahrnutými ve spojení protein/protein). Rostliny obsahují proteiny, jež mají schopnost inhibovat enzymy, jež odbourávají buněčnou stěnu. Umění rostliny poznat patogena je tedy klíčovým problémem, který určuje, zda rostlina bude napadena, či nikoliv. Rezistence k chorobě tedy závisí na schopnosti rostliny poznat patogena brzy v infekčním procesu a na dostupnosti účinných intercelulárních signálních systémů, které spouští rezistentní reakce. V procesu poznání jsou klíčové geny rezistence 3
rostliny. Ty kódují receptory, které jsou schopny vzájemně reagovat se specifickými, to je odpovídajícími proteiny získanými z patogena. Interakce mezi rostlinou a patogenem se mohou vyvinout dvěma způsoby: 1. Rostlina je opatřena receptorem, který vzájemně reaguje s proteinem patogena. Výsledkem je vytvoření rychlé obranné reakce. V takové situaci je bakterie nazývána avirulentní pro daný patotyp rostliny (Piffanelli et al., 1999; Martin, 1999). 2. Proteiny patogenního organizmu jsou pro daný genotyp virulentní. Rostlina je napadena patogenem, zatímco obranné mechanizmy jsou aktivovány pomaleji (Maleck a Lawton, 1998). Rostlina není vždy opatřena receptory k proteinům napadajících bakterií nebo hub. V této situaci je patogen nazývaný virulentní k danému genotypu rostliny a pár rostlina-patogen je kompatibilní. V tomto případu molekuly patogena jsou nespecifickými elicitory, což jsou nespecifické látky způsobující patogenezi. Způsoby získání signálu z nespecifických elicitorů jsou ještě málo známé. Molekuly, které v hostiteli indukují přítomnost patogena (receptory) se aktivují elicitory (metabolit patogena, který stimuluje v hostitelské rostlině produkci fytoalexinů) patogena a rychle vytvářejí vnitřní signál, jež spouští časné obranné reakce. Blumwald et al. (1998) uvádějí, že poznání mikroorganizmu buňkou rostliny záleží právě na tvorbě elicitorů patogenem. Mohou to být buď nespecifické elicitory, například fragmenty buňky houby uvolňované během infekčního procesu, které vyvolávají obrannou reakci. Ta pomáhá minimalizovat chorobu. Nebo to naopak mohou být rasově specifické elicitory, molekuly, kterými jsou zakódovány geny avirulence (Avr) v patogenu. V obou případech s počátkem přepisu (transkripcí) genu patogeneze jsou zesíleny buněčné stěny. Potom jsou v místě penetrace patogena vytvářeny aktivní formy kyslíku, způsobující odumření infikovaných buněk. Rezistence tedy zahrnuje specifické poznání napadajícího patogena dominantním nebo semi-dominantním produktem genu rezistence (R). Tento typ interakce vychází z teorie gen proti genu, kde pro každý gen, který uděluje rezistenci hostitele, existuje odpovídající gen v patogenu, jenž odpovídá jeho virulenci. Interakce mezi (R) geny rezistence k chorobě u rostlin a jejich odpovídajících genů avirulence (Avr) jsou klíčem k určení, zda je rostlina náchylná nebo rezistentní k napadení patogenem. V rezistentních reakcích rostlin k patogenům hrají hlavní roli signály a signální transdukční kaskády. Poznání patogenem odvozených signálů indukujících rezistenci (elicitorů) se může vyskytnout na povrchu rostlinné buňky skrz nachystané receptory. Jinak řečeno, patogen exportuje elicitor do buněčné cytoplazmy, kde jeho poznání vyžaduje určité místo. Vazba elicitoru aktivuje receptor nebo komplex receptorů a výsledek je nazýván efektor (látka ovlivňující tvorbu proteinu), který může být defosforylován (slučovat se s kyselinou fosforečnou). Následně je pak vnímaný signál transdukován prostřednictvím signální kaskády, která končí ve fyziologických reakcích jež kulminují do rezistentní reakce. Lokalizace infekce je pak jedním z výsledků těchto obranných reakcí rostliny. Poznání patogenů rostlinou je tedy zprostředkováno velkou řadou vysoce polymorfních (mnohotvárných) R genů (Dangl & Jones, 2001; Jones, 2001). Produkty těchto genů fungují při poznání přímých nebo nepřímých produktů patogenem kódovaných Avr genů (Nimchuk et al., 2001). Většina identifikovaných R genů rostliny kóduje intracelulární proteiny, které obsahují předpověděné vazební místo nukleotidu, následované řadou leucinem bohatých opakováních (LRR-leucine rich repetition), na jejich konečných místech určení (Xiao et al., 2001). Studie proteinů rezistence naznačily, že vysoce proměnlivé LRR domény určují poznání Avr produktů patogena (Dodds et al., 2001; Ellis et al., 1999; Jia et al., 2000). Patogenní mikroorganizmy se přizpůsobí svojí infekční strategií změnám získaným z místa jejich hostitele. Rostliny na druhé straně mají, aby přežily, vyvinuty mechanizmy rezistence ve svém vývojovém procesu. Předpokládá se, že u patogena geny patogenity kódují proteiny 4
sounáležitě do dvou funkčních skupin, regulační proteiny a efektory ovlivňující tvorbu proteinů. Ty prvně jmenované, regulační proteiny, mohou být zahrnuty v regulování aktivity genů hub a proteinů, zatímco efektory ovládají rostlinné procesy ve prospěch patogena. Rostliny jsou neustále konfrontovány se širokou rozmanitostí potencionálních patogenů v jejich prostředí. Nicméně vývoj choroby je spíše výjimka, než pravidlo a to následkem vysoce účinných, přírozeně koordinovaných systémů pasivní a aktivní obrany, které se v rostlinách vyvinuly. Podle Franka (1994) každý hostitel může poznat a odolávat pouze podskupině parazitů a každý parazit může růst pouze na konkrétních hostitelích. Biochemické poznávací systémy určují, které odpovídající genotypy hostitele a parazita končí v rezistenci nebo v chorobě. Poznávací systémy jsou často spojeny se všeobecným genetickým polymorfizmem v populaci hostitele a parazita (Obr. 4). Výsledkem vzájemného vztahu hostitel-patogen jsou také změny Obr. 4. Funkce poznávacích systémů patogena a hostitele. Michelmore & Meyers (1998); (úprava Věchet, 2006). ve vývoji patogena. Některé obranné reakce hostitelské rostliny mohou patogena přinutit zastavit vývoj. Tak například u obligátních patogenů obilnin, jako jsou rzi a padlí travní je takovým klíčovým vývojovým stádiem tvorba haustoria. Niks (1986) a Niks & Rubiales (2002) definovali tzv. pre-haustoriální rezistenci u částečné rezistence - nespecifická rezistence (Obr. 7), která je založena na vysoké rychlosti neúspěšné tvorby haustoria. Naopak post-haustoriální rezistence - specifická rezistence (tzv. hypersensitivní), je vyvolána až potom, co patogen vytvořil haustorium v buňce rostliny. Rostliny používají rozsáhlou řadu signálů, které pocházejí z mikroorganizmů a z prostředí, aby poznaly patogeny a vyvolaly obranné reakce. Nespecifické elicitory (molekula tvořená hostitelem, která indukuje reakci na patogena. Opačně, elicitory (může být tvořen patogenem, 5
vyvolávající reakci v hostiteli) biotického nebo abiotického původu indukují obrany hostitele v širokém sortimentu druhů. Abiotické elicitory (náleží k fyziologickým a anorganickým komponentům, tak jako těžké kovy nebo UV záření) mohou indukovat stresové reakce ve vystavených tkáních, které obstarají další bariéry k napadajícím patogenům nebo jinak zvýší náchylnost rostliny k infekci. Biotické elicitory indukují fragmenty buněčné stěny uvolněné z hub a bakterií, hydrolytické enzymy rostlinného nebo patogenního původu, nějaké peptidy, glykoproteiny a plynenasycené mastné kyseliny. Tyto elicitory indukují obranné reakce v řadě hostitelských druhů. Často nespecifické elicitory aktivují obecný náznak toho, že buňka byla nějakým způsobem poškozena (např. uvolnění fragmentů buněčné stěny hostitele může elicitovat obranné reakce). Literatura Bülow L., Schindler M., Choi C., Hehl R. (2004): PathoPlant : A Database on Plant-Pathogen Interactions. In Silico Biology 4, 0044; 2004, Bioinformation Systems e.v. Dangl J. L., Jones J. D. G. (2001): Plant pathogens and integrated defense response to infection. Nature 411, 826-833. Dodds P. N., Lawrence G. J., Ellis J. G. (2001): Six amino acid changes confined to the leucine-rich repeat β-strand/β-turn motif determine the diference between the P and P2 rust resistence specificities in flax. Plant Cell 13, 495-506. Ellis J. G., Lawrence G. J., Luck J. E., Dodus P. N. (1999): Identification of regions in allels of the flay rust resistence gene L that determine differences in gene-for-gene specifity. Plant Cell 11, 495-506. Jia Y., McAdams S. A., Bryan G. T., Hershey H. P., Valent B. (2000): Direkt inteaction of resistence gene and avirulence gene products confers rice blast resistence. EMBO J. 19, 4004-4014. Frank, S. A. (1994): Recognition and polymorphism in host-parasite genetics. Philosophical Transaction of the Royal Society of London B 346:283-293. Greenberg J. T. (1997): Programmed cell death in plant-pathogen interactions. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48, 525-545. Hammond-Kosack K., Jones J. D. G. (2000): Responses to plant pathogens. In: Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL (eds) Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists, Rockville, Md. Heath M. C. (2004): In search of durable resistance. 11th International Cereal Rusts & Powdery Mildew Conference, John Innes Centre, Norwich, UK, 22-27 August 2004. Jones J. D. G. (2001): Putting knowledge of plant disease resistence genes to work. Curr. Opin. Plant Biol. 4, 281-287. Lyon G. D.: (2002): Plant/pathogen interactions at cellular level.. Programme, Scottish Crop Research Institute, Invergowrie, Dundee DD2 3DA, Scotland, UK. Maleck K., Lawton K. (1998): Plant strategies for resistance to pathogens. Curr.Opin.Plant.Biol., 9, 208-213. Martin G. B. (1999): Functional analysis of plant disease resistance genes and their downstream effectors. Curr.Opin.Plant.Biol., 2, 273-279. Michelmore R.W., Meyers B.C. (1998): Cluster sof resistence genes in plants evolve by divergent selection and a birth-and-death process. Geonome Res. 8, 1113-1130. Niks R. E.(1986): Failure of haustoria development as a factor in slow growing and development of Puccinia hordei in partial resistant barely seedlings. Physiol. Mol. Plant Pathol. 28, 309-322. Niks R. E., Rubiales D. (2002): Potentially durale resistence mechanisms in plants to specialised fungl pathogens. Euphytica 124, 201-216. 6
Nimchuk Z., Rohmer L., Chang J. H., Dangl J. L. (2001): Knowing the dancer from the dance: R-gene products and their interactions with other proteins from host and pathogen. Curr. Opin. Plant Biol. 4, 288-194. Nűmberger T.; Scheel D. (2001): Signal transmission in the plant immune response. Trends Plant Sci. 6, 372-379. Piffanelli P., Devoto A., Schulze-Lefert P. (1999): Defence signalling in cereals. Curr.Opin.Plant.Biol., 2, 295-300. Pontier D.; Balague C.; Roby D. (1998): The hypersensitive response. C. R. Acad. Sci. III, Sci. Vie 321, 721-734. Ryals J., Uknes S., Ward E. (1994): Systemic acquired resistence. Plant Physiology 104, 1109-1112. Thomma B. P.; Penninckx I. A.; Broekaert W. F.; Cannue B. P. (2001): The complexity fo disease signaling in Arabidopsis. Curr. Opin. Immunil. 13, 63-68. Xiao S., Ellwood S., Calis O., Patrick E., Li T., Coleman M., Turmer J. G. (2001): Broad spektrum powdery mildew resistence in Arabidopsis thaliana mediated by RPW8. Science 291, 118-120. Toto řešení bylo podporováno Výzkumným záměrem VÚRV č. 0002700602. 7
Zkušenosti s biologickou ochranou proti spále růžokvětých rostlin ve světě a v České republice. Blanka Kokošková Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6 Ruzyně e-mail: kokoskovablanka@vurv.cz Bakteriální spála růžovitých rostlin, jejíž původce je bakterie Erwinia amylovora, patří k nejvýznamnějším chorobám kulturních rostlin. V mnoha státech je patogen uveden na seznamu karanténních škodlivých organismů, Českou republiku nevyjímaje. První výskyt původce spály na našem území byl potvrzen v roce 1986. V současné době je choroba rozšířena již na celém území státu. Spála představuje závažnou hrozbu pro některé dřeviny čeledi růžovitých, zejména náchylné odrůdy jádrovin jako je jabloň (Malus sp.), hrušeň (Pyrus sp.), kdouloň (Cydonia sp.) a některé okrasné nebo divoce rostoucí dřeviny, především hloh (Crataegus sp.), skalník (Cotoneaster sp.), jeřáb (Sorbus sp.), aj. Po proniknutí spálové bakterie na naše území byly vypracovány a systematicky uplatňovány metody integrované ochrany tak, aby zabránily jejímu šíření a omezily její škodlivost. Snahou bylo předejít poklesu produkce jádrovin v hodnotě mnoha milionů Kč ročně a zamezit odumírání náchylných hostitelských rostlin v letech případných epifytocií. Systém ochranných opatření proti původci spály zahrnuje také chemickou a biologickou ochranu. Chemická ochrana V chemické ochraně proti spále se uplatňují především měďnaté přípravky a antibiotika. K chemickým přípravkům na bázi mědi patří amoniakální měďnaté sulfáty, hydroxidy, oxychloridy (Copac E, Kocide 101, Champion 50 WP, Kuprikol 50, Cupravit 50) nebo sírany mědi a jejich směsi (bordóská jícha). Mezi směsné preparáty, které se ověřovaly v ochraně proti spále v ČR patřily např. Sandofan C (oxadixyl, oxychlorid mědi), Curzate K (cymoxanil, oxychlorid mědi) nebo Trimiltox forte (mancozeb, Cu). Nevýhodou měďnatých přípravků je zpravidla nižší účinnost ve srovnání s antibiotiky, případně fytotoxicita, která se projevuje zvláště u jádrovin při aplikaci na květy velmi citlivých odrůd. Průběžně se ověřují nové vývojové preparáty, avšak mnoho z nich bylo zamítnuto pro nedostatečnou účinnost nebo byly nepřijatelné z ekologického hlediska. Ve Francii byl dlouhodobě ověřován a posléze povolen přípravek Firestop (flumequin) i preparát Aliette 80 WP (fosetyl Al), používaný zvláště proti květní spále. V našich testech prokázal přípravek Aliette 80 WP variabilní výsledky, nelze ho jednoznačně doporučit. Po dlouhodobém a častém používání chemických přípravků v ovocných sadech se v populaci bakteriální mikroflóry může zvýšit počet bakteriálních kmenů rezistentních k jejich účinným látkám. Kmeny E. amylovora rezistentní k streptomycinu představují potenciální nebezpečí pro lidské zdraví. Plazmidy, zodpovědné za rezistenci k tomuto antibiotiku, se mohou snadno šířit v populacích klinicky významných bakterií. V USA byly v mnoha komerčních sadech izolovány kmeny E. amylovora rezistentní k streptomycinu i oxytetracyklinu. První kmen v USA s rezistencí k streptomycinu byl zjištěn už na počátku 70. let minulého století v těch sadech jádrovin, kde byl streptomycin běžně aplikován od 60. let. V zemích EU je použití antibiotik proti spále růžovitých rostlin zakázáno. 8
Počátky biologické ochrany ve světě Biologická ochrana eliminuje zmíněné nevýhody. Nejvíce zkušeností s biologickou ochranou proti původci spály mají Američané. Již v polovině minulého století se zjistilo, že jisté saprofytické bakterie izolované spolu s E. amylovora z rostlinných pletiv hostitelských rostlin spály mají určité inhibiční vlastnosti vůči patogenu. Předmětem zájmu výzkumu byly od té doby antagonisticky působící žluté saprofytické bakterie, které byly později identifikovány jako bakterie druhu Erwinia herbicola, dnes zařazené do druhů Pantoea agglomerans a Pantoea dispersa. Biologická ochrana založená na antagonistických vlastnostech některých kmenů těchto druhů bakterií vykazuje proměnlivou účinnost, nicméně se považuje za slibnou alternativu chemické ochrany. Mechanismy účinku působení antagonistů Vzájemné interakce mezi původcem spály a antagonistickými bakteriemi jsou ovlivněny mnoha faktory. Základními mechanismy účinku antagonistů proti patogenu je produkce antibiotik působících inhibičně na spálovou bakterii a kompetice o živiny. Dále k nim patří schopnost antagonistických bakterií osídlovat a pomnožovat se na povrchu hostitelských rostlin i okyselovat živné prostředí a tím omezovat růst bakterie E. amylovora. Inhibičně působící látky produkované antagonistickými bakteriemi, tzv. bakteriociny, se někdy z antagonistů extrahují a používají se v ochraně proti spále místo živých bioagens. Nejúčinnější antagonistické kmeny původce spály V USA se dlouhodobě ověřuje účinnost několika bioagens na bázi Pantoea agglomerans, P. dispersa a Pseudomonas fluorescens. K nejperspektivnějším antagonistům patří kmen Pf A506, který se vyznačuje mimořádnou vitalitou a výraznými inhibičními vlastnostmi proti bakterii E. amylovora. Preparát na bázi antagonistického kmenu Pf A506 byl v USA registrován pod názvem BlightBan A506 již v roce 1966 a od té doby je komerčně využíván v sadech jabloní a hrušní v mnoha zemích, především však v USA. Nejlepších účinků se dosáhne, je-li preparát aplikován v období raného kvetení jádrovin. Kmen PfA 506 potlačuje nejen původce spály růžovitých rostlin, ale také původce mrazových škod, nukleačně aktivní kmeny bakterie Pseudomonas syringae a různé saprofytické bakterie. Kmen PfA506 neprodukuje antibiotika, ale potlačuje růst patogena na základě kompetice o místo a živiny. Nevýhodou kmenu Pf A506 je rezistence k streptomycinu i oxytetracyklinu a proto jeho používání pravděpodobně umožňuje vznik a šíření dalších bakteriálních kmenů rezistentních k těmto antibiotikům v mikroflóře rostlin. Druhý nejznámější antagonistický kmen je kmen EhC9-1, srovnatelný v účinnosti proti spále s kmenem PfA506 i streptomycinem. Uvádí se, že obě bioagens redukují infekci spály přibližně o 40-60 %. Další známé antagonistické kmeny patří k druhu Pantoea agglomerans nebo P. dispersa. Jejich inhibiční účinek je založen kromě kompetice o živiny také na produkci bakteriocinů, působících toxicky vůči bakterii E. amylovora. V posledních letech se začaly používat směsi antagonistů s různými mechanismy účinku, což se ukázalo jako výhodnější než jednotlivé antagonistické kmeny. Účinnost směsí antagonistů bývá o 20-30 % vyšší než samotných kmenů. Rostlinné extrakty Ověřuje se také možnost využití rostlinných extraktů, které kromě přímého účinku proti patogenu mohou vyvolat u ošetřených rostlin i projevy tzv. indukované rezistence. V testech in vitro jsme v posledních letech ověřovali potenciální účinnost rostlinných esenciálních olejů 9
z 34 různých aromatických rostlin. Rostlinné extrakty z Origanum compactum, O. majorana a Thymus vulgaris prokázaly velmi silný účinek proti spálové bakterii. Avirulentní kmeny E. amylovora V ochraně proti spálové bakterii se využívaly také avirulentní kmeny E. amylovora, které se ukázaly perspektivní zvláště při preventivní aplikaci, neboť se pomnožovaly zpravidla pomaleji než virulentní kmeny. Formy aplikace biopreparátů Běžná forma aplikace bioagens se uskutečňuje postřikem v době na počátku kvetení. Používají se minimálně dvě aplikace v týdenních intervalech, první v době, kdy rozkvetlo cca 25 % květů. Úspěšnost ošetření ovlivňují vlhkostní a teplotní podmínky v době aplikace bioagens a krátce poté. Suché a chladné počasí je nevhodné pro rozvoj antagonistických kmenů a úspěch za těchto podmínek prostředí nebývá zaručen. V USA se dlouhodobě využívají včely jako vektory bioagens, které roznášejí antagonistické kmeny formou lyofilizovaného prášku přímo do nakvétajících květů jabloní či hrušní v ovocných sadech. Tento způsob ošetření má řadu výhod, zvláště ekonomický efekt, neboť nedochází k ztrátám bioagens jako při aplikaci postřikem. V květech ošetřených směsí účinných bioagens prostřednictvím včel byla prokazatelně zjištěna nižší populace bakterie E. amylovora než v květech neošetřených. Výzkum chemické a biologické ochrany proti spále v ČR Výzkumné cíle zaměřené na chemickou a biologickou ochranu v ČR zahrnovaly selekci antagonistických bakterií proti původci spály v podmínkách in vitro, ověření účinnosti vybraných chemických přípravků a perspektivních antagonistických bakteriálních kmenů na hostitelských rostlinách spály ve skleníku a technickém izolátoru a porovnání jejich účinků s perspektivou využití v ovocnářství. Ve všech našich pokusech byl streptomycin použit jako standard, ačkoliv se nepředpokládá, že by byl registrován v ČR. Testování potenciálních antagonistů Pro selekci antagonistických kmenů produkujících bakteriociny se osvědčila metoda agarových ploten kontaminovaných bakterií E. amylovora. Touto metodou byla z celkového počtu více než 1000 ověřovaných bakteriálních izolátů zjištěna antibióza vůči bakterii E. amylovora přibližně u 50 % kmenů. Z celkového počtu testovaných izolátů 15 % dosahovalo nebo převyšovalo účinnost streptomycinu, až dosud nejúčinnějšího preparátu proti spálové bakterii, který byl používán. Celkem bylo vybráno kolem 200 antagonistických kmenů, které byly dále detailně testovány. Antagonistické kmeny bakterií byly izolovány z různých hostitelských rostlin, převážně z hlohu. Četnost výskytu těchto kmenů neměla spojitost s hostitelským původem. Determinačními biochemickými a sérologickými testy byly kmeny identifikovány jako Erwinia herbicola (nyní Pantoea agglomerans a Pantoea dispersa). Pro selekci potenciálních antagonistů, jejichž mechanismus účinku vycházel z jiného principu než je tvorba bakteriocinů, se osvědčil test na nezralých hruškách. Do hruškového testu byly kromě kmenů produkujících bakteriociny zařazeny také vitální kmeny, jimž tato schopnost chyběla. Lze předpokládat, že takové kmeny se mohou vyznačovat výraznými kompetitivními účinky a projevit se jako účinní antagonisté v ovocných sadech. Výhodou testu byla poměrně vysoká spolehlivost umožňující rozlišení mezi různě účinnými antagonisty, což bylo v korelaci s výsledky polních testů. Nevýhodou byla nedostupnost nezralých plodů po delší časové období než je několik měsíců po sklizni při uchování 10
v běžných ledničkách. Touto metodou bylo vybráno 34 velmi účinných antagonistických kmenů (16 %), z nichž většina pocházela z hlohu. Účinnost chemikálií a antagonistů v podmínkách in vitro Byla porovnávána inhibiční aktivita proti původci spály u 10 chemických přípravků včetně streptomycinu a 10 vybraných antagonistických kmenů Pantoea agglomerans a P. dispersa produkujících v podmínkách in vitro bakteriociny. Směsné preparáty jako Sandofan C, Curzate K a Ridomil Plus 48 WP vyjma Trimiltox forte neprokázaly proti spálové bakterii dostatečnou účinnost a proto byly z dalších testů vyřazeny. Přípravek S-0208 byl přibližně o 30 % účinnější než streptomycin, zatímco přípravky Trimiltox forte, Kuprikol 50, Champion 50 WP a Kocide 101 dosáhly asi 80% účinnosti streptomycinu. Všechny antagonistické kmeny prokázaly v testech in vitro asi o 30-50 % vyšší inhibiční účinek než streptomycin, použitý jako kontrola. Účinnost chemikálií a antagonistů na hostitelských rostlinách spály V podmínkách umělé infekce ve skleníku bylo na odříznutých kvetoucích výhonech hostitelských rostlin spály ověřováno 6 různých chemických přípravků a čtyři antagonistické kmeny. Nejúčinnějším preparátem s účinností 82 % byl streptomycin následován přípravkem Aliette 80 WP. Preparáty S-0208 a Trimiltox forte prokázaly vyšší než 60% účinnost. Čtyři antagonistické kmeny měly v průměru asi 58 % účinnost proti spále. Přípravek Champion 50 WP prokázal nepatrně nižší účinnost než antagonisté, zatímco Kuprikol 50 měl nejnižší účinnost, pouze 47 %. Z výsledků vyplynulo, že účinnost antagonistických kmenů byla vyšší nebo srovnatelná s měďnatými látkami. Mezi jednotlivými hostitelskými druhy (hloh, jabloň, hrušeň, jeřáb, skalník) nebyly zjištěny průkazné rozdíly v napadení původcem spály. Spolehlivější výsledky než v klimaboxu byly získány po umělých infekcích stromů jabloní a hrušní spálovou bakterií v technickém izolátoru ve Výzkumné stanici Slaný. Nejvyšší účinnost, a to 80% prokázal streptomycin. Aliette 80 WP měl ve srovnání se streptomycinem sotva poloviční účinnost. Antagonistické kmeny byly účinnější než Aliette 80 WP, i když nedosahovaly účinnosti streptomycinu. Na jabloních prokázali antagonisté průměrnou účinnost asi 60 % a na hrušních asi 50 %. Mezi 6 testovanými antagonisty bylo možné považovat tři kmeny za perspektivní v biologické ochraně proti květní spále. Závěr Lze shrnout, že účinnost vybraných bakteriálních antagonistických kmenů byla srovnatelná s účinností většiny testovaných chemických preparátů. Antagonisté se sice nevyrovnali streptomycinu, který redukoval spálové infekce až o 80 %, ale byli účinnější než v zahraničí preferovaný preparát Aliette 80 WP. Dá se předpokládat, že biopreparáty připravené na bázi antagonistických kmenů mohou předčit měďnaté preparáty, jako např. Kuprikol 50, který je u nás jedním z nejpoužívanějších. Dedikace: projekt MZe ČR 0002700603 + 320/5305. 11
Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs. v České republice Alena Hanzalová Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, Praha-Ruzyně 6 161 06 e-mail: hanzalova@vurv.cz Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs. (anam. Drechslera tritici-repentis (Died.) Shoem.), původce hnědé listové skvrnitosti na pšenici zvané tan spot, je v současné době poměrně hojným patogenem v našich podmínkách. V letech 2000-2004 byla PTR nejhojněji izolovaným patogenem ze vzorků listových skvrnitostí pšenice pocházejících z různých lokalit v ČR (Graf 1). Její celosvětové rozšíření je přičítáno především nedostatkům v dodržování agrotechnických opatření jako je např. zaorávání posklizňových zbytků, střídání plodin, ale také zavádění bezorebných technologií a v neposlední řadě i široký hostitelský okruh patogena. Této chorobě je věnována velká pozornost především v USA a Kanadě (De Wolf et al. 1998), kde je již řadu let vážným problémem. V Evropě nabývá P. tritici-repentis (PTR) na významu teprve v posledních cca 10 letech. Symptomy Symptomy na listech pšenice způsobené P. tritici-repentis jsou v polních podmínkách na první pohled velice podobné jako u původců Stagonospora nodorum a Septoria tritici. PTR však nevytváří pyknidy na listech, čímž se liší od zbývajících dvou patogenů. Na rezistentních nebo částečně rezistentních odrůdách pšenice tvoří PTR podstatně menší léze; chlorózy a nekrózy mohou chybět. Kromě ohraničených nekrotických skvrn s tmavým centrem a chlorotickým okrajem může PTR vytvářet pouze chlorotické skvrny. Rasy a toxiny Za tvorbu nekróz či chloróz jsou odpovědné hostitelsky specifické toxiny, které patogen produkuje. V současné době jsou popsány 4 Ptr toxiny (Ptr ToxA, Ptr ToxB, Ptr ToxC, Ptr ToxD), které hrají důležitou roli v patogenezi. Geny zodpovědné za syntézu těchto toxinů jsou vzájemně nezávislé. Pro toxiny Ptr ToxA a Ptr ToxB, které jsou proteiny, byly již charakterizovány geny ToxA a ToxB. Jednotlivé PTR izoláty jsou v současné době členěny do 8 různých ras, které jsou determinovány na základě virulence/avirulence (indukce chloróz či nekróz) k testovacímu sortimentu odrůd (Strelkov et Lamari 2003). Jednotlivé rasy, až na virulentní rasu 4, produkují vždy nejméně jeden typ toxinu. Populace patogena byla studována především v Severní Americe, kde převažovala rasa 1 a 2. V ČR se jeví rasa 1 též jako dominantní, sporadicky se vyskytují rasy 2 a 4. Šlechtění na rezistenci Ochrana vůči hnědé skvrnitosti pšenice spočívá především v osevním postupu, zaorání rostlinných zbytků, na kterých může patogen přežívat, a v aplikaci fungicidních přípravků. Nejvhodnější metodou ochrany je však šlechtění rezistentních odrůd. Zdroje rezistence jsou přítomné v různých částech světa. Rezistence vůči PTR má kvalitativní nebo kvantitativní charakter. Citlivost hostitele k Ptr ToxA a Ptr ToxB je řízena dvěma nezávislými dominantními geny. Většina v současné době pěstovaných odrůd pšenice je nositelem střední rezistence vůči PTR, pouze několik odrůd vykazuje vysokou úroveň rezistence k tomuto listovému patogenu. 12
Odolnost odrůd Ve skleníkových podmínkách byla sledována náchylnost vybraných odrůd ozimé pšenice registrovaných v České republice vůči P. tritici-repentis (Graf 2). Žádná z 29 testovaných odrůd nebyla vůči PTR rezistentní. Odrůdy Clarus, Šárka a Rapsodia vykazovaly mírně rezistentní reakci. Nejvíce odrůd mělo k PTR mírně rezistentní až mírně náchylnou reakci, z hojně pěstovaných odrůd to byly např. Sulamit, Ebi, Bill, Batis, Clever. Další, pěstiteli oblíbené odrůdy, Nela, Alana, Versailles, Drifter, byly mírně náchylné k PTR a odrůda Biscay byla jako jediná náchylná. V polních podmínkách jsou odolnější pozdnější odrůdy ozimé pšenice vůči PTR než ranější odrůdy. V polních testech prováděných ve VÚRV Praha byly Vlasta a Alana rezistentní k umělé infekci PTR, odrůdy Ebi, Estica a Versailles mírně rezistentní, Šárka a Saskia mírně náchylné a odrůda Samanta byla náchylná (Graf 3). Graf 1: Procentuální výskyt původců listových skvrnitostí pšenice v letech 2000-2004 na různých lokalitách v ČR. 100% 90% 2000 2001 2002 2003 2004 80% výskyt ve vzorcích (%) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Pyrenophora tritici-repentis (Drechslera tritici-repentis) Phaeosphaeria nodorum (Stagonospora nodorum) Mycosphaerella graminicola (Septoria tritici) patogen Graf 2: Reakce vybraných odrůd ozimé pšenice k umělé infekci P. tritici-repentis ve skleníkových podmínkách. (Stupnice hodnocení 1-5, 1=rezistentní, 5=náchylný.) 13
5 4 3 2 1 0 Clarus Šárka Rapsodia Rheia Saskia Sulamit Globus Vlasta Ebi Bill Apache Clever Rialto Darwin Mladka Samanta Banquet Karolinum Batis Nela Alana Versailles Ilias Caphorn Svitava Complet Drifter Corsaire Biscay stupeň napaden odrůda Graf 3. Průměrné hodnoty AUDPC (plocha pod křivkou vývoje choroby) vybraných odrůd ozimé pšenice uměle infikovaných PTR v polních podmínkách v letech 1999-2001. 700 AUDPC - průměr za 3 roky 650 600 550 500 450 400 350 300 250 Vlasta Alana Ebi Estica Versailles Šárka Saskia Samanta odrůda Literatura De Wolf E. D., Effertz R. J., Ali S., Francl L. J. (1998): Vistas of tan spot research. Canadian Journal of Plant Pathology 20(4), 349-370. Strelkov S. E., Lamari L. (2003): Host-parasite interactions in tan spot [Pyrenophora triticirepentis] of wheat. Canadian Journal of Plant Pathology 25, 339-349. 14
Toto řešení bylo podporováno z prostředků NAZV 1G58083 a Výzkumného záměru MZE 0002700602. 15
Interakce pšenice ozimá (Triticum aestivum) a padlí travní (Blumeria graminis f.sp. tritici) v infekčním procesu Lubomír Věchet Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6 Ruzyně e-mail: vechet@vurv.cz Vzájemné interakce hostitel patogen se odehrávají na buněčné úrovni. Reakce rostliny, ale i patogena ovlivňují proces infekce. Invaze hostitele biotrofním patogenem, jako je padlí travní, vyžaduje vývoj specializovaných infekčních struktur. Řada pozorování naznačila, že myšlenka spojená s počátečními stádii kontaktu houby hraje kritickou úlohu v poznání hostitele, diferenciaci patogena a úspěch infekce. V našich pokusech jsme zjišťovali tvorbu infekčních struktur padlí travního na odrůdách pšenice ozimé s odlišnou rezistencí: Kanzler náchylný standard; Asta geny rezistence (Pm2, Pm6); Mikon standard s částečnou rezistencí. Pokusy byly prováděny na listových segmentech umístěných na benzimidazolovém agaru. Každá odrůdy byla infikována rasou patogena virulentní ke genům Pm2, Pm6. Infekční struktury byly sledovány ve 4. hod. po infekci (tvorba klíčků), v 17. hod. po infekci (tvorba apresoria), ve 24. hod. po infekci (pravděpodobná tvorba haustoria nebylo sledováno), ve 47. hod. a v 71 hod. po infekci (SH - sekundární hyfa). Tab. 1. Tvorba infekčních struktur padlí travního (Blumeria graminis f.sp. tritici) na odrůdách pšenice ozimé s odlišnou rezistencí k chorobě. KANZLER ASTA MIKON 4. hod. Klíčí 18,36 8,48 14,29 17. hod. Klíčí 1,67 2,65 2,98 Apresoria 8,94 9,74 4,48 Inf. struktury 10,61 12,39 7,46 24. hod. Klíčí 1,2 1,9 0,00 Apresoria 12,05 10,96 4,32 Inf. struktury 13,25 12,86 4,32 47. hod. Klíčí 0,76 1,27 0,00 Apresoria 9,09 7,20 7,00 SH 6,82 2,97 4,00 Inf. struktury 16,67 11,44 11,00 71. hod. Klíčí 0,72 2,24 1,06 Apresoria 9,43 8,21 2,14 SH 15,22 11,20 13,86 Inf. struktury 25,37 21,65 17,03 Ve čtvrté hodině po infekci byly velké rozdíly mezi odrůdami. Nejvíce konidií klíčilo u odrůdy Kanzler, méně u Mikon a nejméně u Asta. Později, to je v 17. hod. počty vytvořených 16
infekčních struktur na jednotlivých odrůdách se velice sblížily. Tvorba apresorií byla nejnižší u odrůdy Mikon. Ve 24. hod. po infekci byly minimální rozdíly mezi tvorbou apresorií u Kanzleru a Asty, zatímco u Mikon byla tvorba apresorií podstatně nižší (méně jak poloviční) oproti jejich tvorbě na odrůdě Kanzler a Asta. Ve 47. hod. po infekci byla tvorba všech infekčních struktur nejvyšší u odrůdy Kanzler a u odrůd Asta a Mikon byla výrazně nižší. U těchto dvou odrůd došlo k poklesu tvorby apresorií a sekundární hyfy. Výrazný pokles v tvorbě sekundární hyfy byl u odrůdy Asta. U odrůdy Mikon se tvořilo více sekundárních hyf, než u Asty, ale méně než u Kanzlera. Rozdíly i když nepatrné byly mezi těmito dvěma odrůdami v tvorbě apresoria. V této hodně se u sekundárních hyf začaly vytvářet prodloužené sekundární hyfy. Tvorba infekčních struktur probíhala dále. Větší podíl měla tvorba sekundárních hyf a prodloužených sekundárních hyf, menší podíl měla tvorba apresoria a klíčení konidií. V 71. hod. byla tvorba infekční struktur opět nejvyšší u odrůdy Kanzler, nižší u odrůdy Asta a Mikon. Výrazně malý podíl tvorby apresorií byl u odrůdy Mikon, oproti odrůdám Asta a Kanzler. Podíl prodloužených sekundárních hyf byl o něco vyšší u odrůdy Mikon, než u odrůdy Asta. Nejvyšší byl u odrůdy Kanzler. U odrůdy Kanzler se v této době začaly tvořit počátky konidioforů. Výsledky pokusů ukázaly, že u odrůdy s částečnou rezistencí (Mikon) byly nižší tvorba apresorií ještě před tvorbou haustoria, jehož tvorba však nebyla sledována. Z nižší tvorby apresorií se dá odvodit i nižší tvorba haustorií. Podle Niks & Skinnes (1998) jde u částečné rezistence o prehaustoriální rezistenci, to je rezistence, která se vytváří těsně před tvorbou haustoria. Nižší tvorba apresorií u částečně rezistentní odrůdy, zde reprezentované odrůdou Mikon, byla trvalého rázu, to znamená, že byla pozorována ještě ve 47. a 71. hod. po infekci.tvorba sekundárních hyf u této odrůdy v 71. hod. po infekci byla naopak vyšší, než u odrůdy Asta. U specifické rezistence, zde reprezentované odrůdou Asta, jde o rezistenci posthaustoriální, která funguje až po vytvoření haustoria (kolem 24. hod.), v našem případě byla detekována ve 47. hod. po infekci. Závěrem je možné říci, že napadení rostliny chorobou je určeno tvorbou infekčních struktur patogena a ta je podmíněna geneticky. Na konečné napadení mají vliv i podmínky vnějšího prostředí. Klíčení konidie padlí travního (Blumeria graminis f.sp. tritici), 4 hod. po infekci. 17
Tvorba apresoria a infekčního klíčku padlí travního Blumeria graminis f.sp. tritici), 18. hod. Počátek tvorby prodloužené sekundární hyfy, 46 hod., na titulní straně Tvorba sekundární prodloužené hyfy padlí travního (Blumeria graminis f.sp. tritici), 50. hod. Literatura Niks E.R., Skinnes H. (1998): Partial resistance. In: Airborne pathogens on cereals. Annual report, COST Action 817, 138-141. Toto řešení bylo podporováno Výzkumným záměrem VÚRV č. 0002700602. 18
Biologické interakce mezi ozimou pšenicí a mazlavými snětmi Tilletia tritici, T. laevis a T.controversa Veronika Dumalasová, Martina Fajferová, Pavel Bartoš Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, Praha-Ruzyně 6 161 06 e-mail: fajferova@vurv.cz Že žádný organismus není autonomní jednotkou a organismy se ve svém prostředí navzájem ovlivňují, je obzvláště zjevné u vztahů patogenních organismů a jejich hostitelů, jako jsou sněti rodu Tilletia na pšenici. Pokud se u biologických interakcí zaměříme na hledisko efektu, tedy prospěšnosti nebo škodlivosti, patří mazlavé sněti mezi biotrofní parazity. Složitá problematika mechanismu biologických interakcí je zatím zejména u mazlavých snětí na pšenici málo prozkoumaná. Vstup do interakce s jedním organismem ovlivňuje průběh interakcí dalších. V přítomnosti určitého patogena může dojít k oslabení, nebo naopak nastartování obranných mechanismů hostitele vůči jiným patogenům. Rostlinu dále může učinit přístupnější dalším patogenům už jen celkové oslabení napadené rostliny. U mazlavých snětí je známa také souvislost mezi napadením pšenice a sklonem k vyzimování. Interakci mazlavých snětí a pšenice předchází kontakt rostliny a patogena. Teliospory se uvolní během sklizně, při mlácení nebo pokud klasy velmi provlhnou. U mazlavé sněti hladké a mazlavé sněti pšeničné je kontakt usnadněn tím, že zdrojem inokula jsou zpravidla spory ulpívající přímo na obilkách. U sněti zakrslé jsou zdrojem infekce spory pocházející z půdy z předchozí sklizně nebo zanesené větrem. Teliospory sněti zakrslé jsou proto dlouhodobě schopné přežívat v půdě a také její produkty klíčení teliospor jsou odolnější k nepříznivým vlivům a mají větší schopnost regenerace oproti mazlavé sněti hladké a mazlavé sněti pšeničné. Napadení pšenice mazlavými snětmi je podmíněna vyklíčením teliospor v dobu vhodnou pro infekci hostitele. Spory mazlavých snětí klíčí až po uvolnění se ze soru. Klíčení inhibuje trimethylamin, možná i další endogenní složky. K infekci mazlavou snětí hladkou a mazlavou snětí pšeničnou dochází pod zemí, krátce po vyklíčení obilky, dříve než se koleoptile objeví na povrchu. Na klíčení má vliv vlhkost půdy a její teplota, optimální teplota je 5-10 C. U sněti zakrslé infekce začíná penetrací mladých rostlin infekční hyfou po vyklíčení teliospor nacházejících se na povrchu nebo blízko povrchu půdy. Infekce osivem je vzácná. Pro klíčení teliospor je důležitá stabilní dlouhodobě nízká teplota, vlhkost, a světlo; proto sněti zakrslé více vyhovují oblasti s aspoň dvouměsíční sněhovou pokrývkou. Tyto podmínky nachází sněť zakrslá pouze u ozimů, na jařinách se nevyskytuje. K absenci sněti zakrslé na jařinách přispívá také jarní dormance teliospor. Spory, které nejsou uchovávány v laboratoři, jsou od března do června dormantní. Dormanci působí dlouhé chladno a vlhko během zimy, za tepla a sucha pomíjí. Úspěšná infekce je podmíněna včasným obsazením apikálního meristému houbou před počátkem prodlužování internodií. Hyfy rostou intercelulárně a během prodlužování internodií se pohybují vzhůru spolu s apikálním meristémem. Na zasažení apikálního meristému má vliv hloubka setí a termín výsevu. U mazlavé sněti hladké a mazlavé sněti pšeničné podporuje infekci hlubší setí a nižší teploty po výsevu, prodlužující dobu potřebnou k obsazení apikálního meristému hyfami. U sněti zakrslé jsou rostliny náchylnější k infekci při mělkém setí (asi 1cm) než při hlubokém setí (6cm). Záleží zde i na stádiu vývoje rostliny, nejnáchylnější jsou rostliny na počátku odnožování, nebo dokud je odnoží jen několik málo. Po proniknutí infekční hyfy do pletiva pšenice začíná hrát roli v interakci hostitele a patogena i aktivní obrana rostliny. Mazlavé sněti a pšenice představují dobrý příklad 19
klasického systému gen proti genu (Flor 1947). Vysoká úroveň napadení se rozvine pouze tehdy, pokud existují u určitého izolátu sněti komplementární geny virulence ke všem genům rezistence, které má určitá hostitelská rostlina. Fyziologické rasy mazlavých snětí jsou dobře definovatelné na základě jejich virulence či avirulence ke genům rezistence hostitele. Tři zmiňované druhy mazlavých snětí jsou si blízce příbuzné, virulence sněti zakrslé, mazlavé sněti pšeničné a mazlavé sněti hladké je pšenicí regulovaná shodným souborem genů rezistence pšenice. Exprese některých genů rezistence je závislá na teplotě, agresivitu konkrétních fyziologických ras ovlivňuje datum výsevu pšenice. Odolnost některých odrůd klesá pokud teploty v raných fázích vývoje rostliny dosahují přibližně 10 C. Přesívky bývají náchylné při podzimním výsevu a rezistentní při setí na jaře. U nekompatibilní reakce nedochází k typickému vývoji symptomů choroby, mycelium houby je rostlinou potlačeno. Hyfy mohou být přítomny v pletivu rezistentních odrůd, neproniknou však do apikálního meristému z důvodů, které nejsou dosud dostatečně známy. Na nekompatibilní interakcí hostitel-patogen se mohou podílet obranné reakce spouštěné po aktivaci signálních drah zahrnujících kyselinu salicylovou a/nebo jasmonát. U některých odolných odrůd dochází při obranné reakci ke zvýšené expresi antifungálních proteinů. Dále byl pozorován rozdíl v up-regulaci transkriptů pro pšeničnou lipázu, chitinázu a proteinu PR- 1a, tedy rostoucí citlivost buňky k příslušným molekulám zvýšením počtu odpovídajících receptorů. Ns-LPTs, nespecifické lipidy přenášející proteiny mohou projevovat i antimikrobiální aktivitu. Toxicita pšeničných ns-lpts je spojena se změnou v propustnosti houbové membrány a následném odlivu intracelulárních iontů. Také hromadění kalusu kolem pronikající hyfy během raných fází penetrace se jeví být součástí reakce hostitele na invazi, nejde však o rozhodující faktor. U kompatibilní reakce dochází k vývoji typických projevů choroby. Sporulace mazlavé sněti pšeničné a mazlavé sněti hladké začíná ve velmi mladém semeníku. Dokud se neobjeví klasy nemusí být symptomy choroby zjevné. Napadené klasy jsou tmavěji zelené a zůstávají zelené déle. Zralé napadené klasy jsou šedonamodralé. Stébla snětivých klasů mohou být zkrácená. Sory mají zhruba tvar obilky, nejsou tak kulaté jako u sněti zakrslé. Klasy mohou být deformované, ale často vypadají téměř normálně. Napadené klasy neuvolňují prašníky, pyl není životaschopný, stěny mladých semeníků jsou zelené, počet základů květů je zvýšený, vřeteno klasu prodloužené. Vyskytují se i částečně snětivé klasy a obilky. Pro sněť zakrslou je typický abnormálně vysoký počet odnoží (plus 50%) a nápadné zkrácení stébla. Teliosporogeneze začíná blízko středu mladých semeníků v době, kdy jsou asi 1,5 mm dlouhé, s růstem semeníků se hyfy šíří a tvoří se spory, je spotřebováno téměř všechno pletivo uvnitř semeníku. Modifikovaná stěna semeníku tvoří stěnu soru. Tvar soru je kulatější než obilka a může být i větší, dává tak napadenému klasu typický tvar. Prašníky se nevytvoří, pyl není životaschopný, k fertilizaci proto nedochází. Napadeny jsou běžně jen některé odnože téže rostliny. Obvykle jsou snětivé všechny, nebo téměř všechny kvítky v klase. Ale především u odolných odrůd může být napadena jen část semeníku, část klasu nebo je napadeno jen několik semeníků v klase. Napadené klasy mají obvykle zvýšený počet květních primordií. Vřetena klasů se u napadených klasů prodlužují, dobře patrné je to u kompaktního typu klasů. V důsledku napadení mazlavými snětmi se mohou tvořit také chlorotické skvrny na listech, nevznikají však vždy a u všech odrůd. Zvýšené odnožování, zakrslost a další morfologické změny napadených rostlin jsou řízeny hormony rostliny. Škodlivost mazlavých snětí z ekonomického hlediska spočívá ve ztrátách na výnosu. Napadeno může být přes 70% klasů. Sněť zakrslá redukuje výnos o 0,8% s každým 1% napadených klasů. Mazlavá sněť pšeničná a mazlavá sněť hladká o 1%, protože nezvyšují 20
tvorbu odnoží tak jako sněť zakrslá. Dále dochází k postižení kvality působící neprodejnost a potíže s využitím napadené sklizně, u sněti zakrslé se navíc zvyšují náklady na moření vzhledem k nutnosti ošetření speciálními chemickými přípravky účinnými právě k sněti zakrslé. Na nekompatibilní interakci hostitele a patogena může být založena i ochrana. Odolnost k mazlavým snětem je řízena týmiž geny pšenice, zatím bylo popsáno nejméně 15 major genů (Bt1 až Bt15), vyskytují se jednotlivě nebo v kombinacích. K určení fyziologických ras se používá soubor linií pšenice monogenních pro jednotlivé Bt geny. Kromě zmíněných 15 genů je znám gen BtZ pocházející z translokace z Agropyron intermedium užitý k ochraně před mazlavou snětí hladkou a mazlavou snětí pšeničnou v bývalém Sovětském Svazu. Kromě Bt genů jsou známy geny se slabým nebo modifikujícím účinkem, nemají zatím význam ve šlechtění. Příkladem kvalitního zdroje rezistence k mazlavým snětím je linie PI178383 pocházející z Turecka, hlavní zdroj rezistence k DB v USA, má Bt8, Bt9, Bt10 a další zatím neidentifikovaný faktor rezistence. Tato odolnost zůstala stálá 20 let, hlavně proto, že severoamerické izoláty sněti postrádají virulenci k Bt8. Z Evropy je známa rasa vysoce virulentní ke genům PI178383. Potenciál zdrojů rezistence je vždy závislý na virulenci ras sněti v určité oblasti. Odolnost může být překonána selektivním zvýšením výskytu virulentní rasy nebo vznikem nových kombinací genů virulence v populaci sněti. Proto je potřeba neustále hledat nové zdroje rezistence a inkorporovat je do kultivarů. Chemická ochrana nemusí chránit před chorobou tak účinně jako odolné kultivary. Odolnost pšenice byla využita s úspěchem v USA, kde by v některých oblastech nebyla bez odolných odrůd produkce ozimé pšenice vůbec možná, sněť zakrslou se zde podařilo redukovat na stopová množství, nevýznamná pro produkci a kvalitu. Řešení bylo podporováno z prostředků NAZV 1G58083 a Výzkumného záměru MZE 0002700602. 21