Choroby roślin uprawnych, w tym sucha zgnilizna kapustnych na rzepaku, powodowane są przez patogeny. W przypadku suchej zgnilizny są to grzyby należące do rodzaju Leptosphaeria.
Kilka lat temu hodowcom firm Monsanto i Limagrain udało się wprowadzić do odmian uprawnych gen Rlm7 warunkujący odporność na Leptosphaeria maculans – wyjątkowo groźny grzyb, odpowiadający za występowanie najsilniejszych objawów chorobowych. Większość pozostałych znanych genów odporności na tę chorobę została już „przełamana”, niektóre z nich – takie jak gen Rlm6 są opatentowane i nie są dostępne, a zatem nadzieja na ograniczanie suchej zgnilizny kapustnych powodowanej przez grzyb L. maculans w dużej mierze opiera się na wykorzystaniu genu Rlm7. W obliczu wyjątkowo zjadliwej populacji grzyba
L. maculans w Polsce, wykorzystanie genetycznej odporności roślin związanej z wprowadzeniem do rzepaku genu Rlm7, stanowi jedyne rozwiązanie, które na obecnym etapie mogą zaproponować genetycy. Przyjrzyjmy się zatem mechanizmom, które stoją za określeniem „genetyczna odporność roślin”.
Patogen zostaje rozpoznany przez roślinę dzięki wytwarzanym przez niego związkom. Mogą to być białka, lipidy (tłuszcze), oligosacharydy (cukry) lub związki powstające z ich określonych połączeń. Związki takie mogą być także wydzielane przez ściany komórkowe zaatakowanej rośliny w odpowiedzi na obecność patogena. Substancje te zwane są elicytorami. W wyniku ich działania w roślinach następuje mobilizacja – zachodzą przemiany morfologiczne i fizjologiczne umożliwiające przetrwania ataku patogena poprzez zahamowanie jego rozwoju w roślinie.
W genomie każdej rośliny, czyli w całkowitym zestawie genów które ona posiada, obecne są tak zwane geny odporności, oznaczane zazwyczaj literą R (od angielskiej nazwy – resistance). Są one odpowiedzialne za dziedziczenie odporności na choroby infekcyjne powodowane przez różnego rodzaju patogeny (grzyby, bakterie, wirusy). Geny te są odpowiedzialne za tworzenie substancji, których zadaniem jest zatrzymanie rozwoju patogena, poprzez zapoczątkowanie kaskady reakcji w odpowiedzi na jego pojawienie się w roślinie. Gen R „mówi” patogenowi „Nie wchodź! Ja tu rządzę. Poznaję Cię i będę z Tobą walczył”. Geny R zapewniają roślinom odporność na określone gatunki i rasy patogena. Zgodnie z teorią Harolda Flora, opracowaną podczas jego pracy na uniwersytecie stanowym North Dakota w USA w latach 40. i 50. ubiegłego wieku, dzieje się tak ze względu na mechanizm obronny określany jako odporność „gen-na gen”. Oznacza to, że produkt genu R wchodzi w reakcję z produktem specyficznego genu, zwanego genem awirulencji, tworzonego przez określony patogen. Można to porównać do klucza i zamka. Zamkiem do zdobycia jest roślina, natomiast patogen chciałby tę skarbnicę pożywienia zdobyć. Aby to było możliwe musi jednak znaleźć do niej odpowiedni klucz i „obejść” system zabezpieczeń. Mechanizmy ewolucji wytworzyły bowiem system alarmowy chroniący roślinę przed znanymi im formami patogena. Zbliża się patogen – włącza się alarm w roślinie, a mechanizmy obronne niszczą go lub odcinają od dostępu do substancji odżywczych. Typowym efektem reakcji pomiędzy produktem genu R a produktem genu awirulencji patogena jest tak zwana reakcja nadwrażliwości. W jej wyniku patogen zostaje otoczony warstwą obumarłych komórek, które uniemożliwiają mu dalsze rozprzestrzenianie się w roślinie.
Włączenie kodu alarmowego w roślinie możliwe jest tylko wtedy, kiedy w roślinie znajduje się gen odporności, którego patogenowi nie udało się jeszcze oszukać, to znaczy wysyłać na zwiady takich białek, które roślinie nie są znane.
Ponieważ zmienność mikroorganizmów chorobotwórczych jest olbrzymia, co rusz patogenom udaje się „przechytrzyć” geny odporności istniejące w roślinach lub pracowicie wprowadzane przez hodowców. Trzeba wtedy poszukiwać nowych genów odporności, których pula jest ograniczona i które często są trudno dostępne. Stąd właśnie tak duża nadzieja związana z nowym genem odporności o symbolu Rlm7. Pracownicy Zakładu Genetyki Patogenów i Odporności Roślin, działającego w
Instytucie Genetyki Roślin PAN w Poznaniu, od lat monitorują populacje patogenów odpowiedzialnych za wystąpienie suchej zgnilizny kapustnych na rzepaku na terenie Europy.
W Polsce jak dotąd nie stwierdzono występowania izolatów L. maculans zdolnych do przełamania tej odporności.
Prof. dr hab. Małgorzata Jędryczka
Instytut Genetyki Roślin PAN w Poznaniu