Zrná čierna hrdza - biológia
Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?
Antibiotiká z baktérií
Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu
Molekulárny kompas na zarovnanie buniek
Čo robí listy na jeseň starnúcimi
Demokracia perličiek
Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv
Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?
Hrdza čierneho zrna
Hrdza čierna (Puccinia graminis) na pšenici
The Hrdza čierneho zrna (Puccinia graminis), Čierna hrdza alebo Hrdza zrna je huba z čeľade hrdzavých (Pucciniales). Je známy tým, že v hostiteľskom spektre infikuje pšenicu, jačmeň, ovos, raž a ďalšie sladké trávy. Zrná čierna hrdza je heterozygotná, to znamená, že vykonáva zmenu hostiteľa medzi rodinou zrna a čučoriedky ako sekundárny hostiteľ.
Zrná čierna hrdza sa vyskytuje v mnohých odrodách a formách. V prvej polovici 20. storočia bola čiernozrnná hrdza v USA takmer eliminovaná rozsiahlou eradikáciou barberry. Vo východnej Afrike variant Ug99 objavený v roku 1998 viedol k veľkým neúrodám v pšenici. Vedci pracujú na boji proti Ug99 prostredníctvom šľachtenia rastlín.
Vlastnosti
Makroskopické vlastnosti
Zrná čiernej hrdze sa spočiatku javia ako hrdzavo červený povlak (uredia) na trávach. Tiahne sa ako pás pozdĺž pozdĺžnej osi hlavne na stonkách, menej silno na listoch. Po čase postihnuté oblasti rastú a sčernajú (Telien). [1]
Na čučoriedkach (Berberis) a Mahonia (Mahonia) napadnutie je znázornené okrúhlymi žltými škvrnami (pycnidia) na hornej strane listov. O päť až sedem dní neskôr sa na spodnej strane listov objavia väčšie, svetložlté škvrny, takzvané aecidia. [1]
Mikroskopické vlastnosti
Urediospóry čiernej hrdze jačmeňa sú oválne a merajú 25–30 × 17–20 µm. Každá obsahuje štyri spóry zárodkov. Teleutospóry sú tmavo hnedé, pozostávajú z dvoch buniek s dvoma jadrami a sú v hornej časti zaoblené. Merajú 40–60 × 15–20 µm a majú pomerne hrubú a hladkú vonkajšiu stenu, ako aj zárodočné póry na vrchole a mierne pod septom. [1]
ekológia
Zrná čierna hrdza prechádza počas svojho vývojového cyklu piatimi vegetatívnymi stanicami, z ktorých tri sú na primárnom hostiteľovi, t. J. Napríklad mäkká pšenica (Triticum aestivum) a zvyšné dva na sekundárnom hostiteľovi, napríklad barberry (Berberis vulgaris) nastať.
Najskôr na jar haploidné bazidiospóry huby klíčia na listoch čučoriedok, kde vytvárajú jednosemenné haploidné mycélium. Huba sa teraz živí parazitom na čučoriedke a na stranách listov vytvára rôzne štruktúry. Pod epidermou hornej strany listu sa vytvárajú pycnidie (alebo spermogónia), ktoré tvoria pohlavné jadrá. Aecidie tvoria bazálne bunky na spodnej strane listu. Tie zaberajú genitálne jadrá tvorené pycnidiami.
Dostávajú ďalšie jadro z pyknospór, ktoré sa k hyfám počatia dostávajú letom spór alebo transportom hmyzu. Odtiaľ spóra migruje do jadrovej bunky a dokončí tak tvorbu heterokaryónu. Z tejto bazálnej bunky sa vytvára aekídium, ktoré produkuje veľké množstvo acidiospór.
Tieto haploid-dikaryotické acidiospóry môžu klíčiť iba na sladkých trávach. Tvoria zárodočnú trubicu na pšenici, ktorá preniká do rastlinného tkaniva a rastie tam medzibunkovo. Mycélium zostáva lokalizované a nemá spony, ale je nasadené v pároch.
Tieto štruktúry, nazývané uridia, dnes tvoria nepohlavné uredospóry. Aj keď sa s nimi huba nemôže pohlavne rozmnožovať, umožňujú jej rozsiahle rozšírenie, aby bolo možné napadnúť nielen ďalšie časti hostiteľskej rastliny, ale aj množstvo ďalších rastlín.
Nakoniec sa na jeseň z Uridie tvoria teleutospóry. Vďaka svojej hrubej bunkovej stene sú určené na zimovanie. Majú dva páry jadier, ktoré sa nakoniec na jar spoja a potom vytvoria bazídia. Tie zase tvoria bazidiospóry, s ktorými cyklus prebehne raz.
Systematika
Keďže poľnohospodárstvo v priebehu rokov reagovalo na čiernu hrdzu novými odrodami, ale huba si vyvinula rezistenciu mutáciou a špecializovala sa na jednotlivé druhy tráv, objavili sa početné formy a odrody čiernej hrdze: [2]
Poľnohospodárske škody
Ak spóry húb z Puccina graminis Pristávajú na rastlinách pšenice, tvoria pustuly a extrahujú živiny, ktoré sú určené na vývoj zrna. [3]
Zrná čierna hrdza v priebehu histórie opakovane spôsobovala veľké škody na zásobách pšenice, raže a jačmeňa, pretože v závislosti od odrody viedla k strate veľkej časti úrody. Plínius starší videl hrdzu čierneho zrna ako najväčší mor. Až v 18. storočí sa zistila súvislosť medzi blízkosťou čučoriedok a obilných polí a výskytom choroby, na základe čoho napríklad francúzski pestovatelia obilia požadovali vyhubenie čučoriedok. Keďže samotná huba v tom čase ešte nebola známa, farmári boli z poverčivosti obvinení zo zaváraninových varičov, ktorí spracovávali plody barberry. V roku 1755 korunná kolónia v Massachusetts prijala zákon, ktorý dal poľnohospodárom ultimátum: na ktorých pozemkoch rástli čučoriedky, museli ich do 13. júna 1760 vykoreniť alebo zničiť. Až v roku 1794 popísal hubu Christian Hendrik Persoon; V roku 1866 poskytol Anton de Bary vedecké dôkazy o úlohe barberry ako medzihostiteľa. [4]
Po tom, čo sa na začiatku 20. storočia v USA vyskytli dve veľké epidémie, ministerstvo poľnohospodárstva koordinovalo program na eradikáciu čučoriedok v kľúčových oblastiach pestovania pšenice (najmä Ohio - Severná Dakota). V roku 1933 bolo zlikvidovaných 18 miliónov kríkov. Postupom času sa k programu pripojili aj ďalšie štáty. Okolo roku 1930 začali epidémie upadať. Nový variant huby spôsobil zatiaľ posledné ničivé epidémie v rokoch 1953 a 1954. Program karantény existuje aj dnes, podľa ktorého je zakázaná preprava čučoriedok do alebo medzi krajinami v karanténe. Široká eliminácia čučoriedok výrazne obmedzila možnosti genetickej rekombinácie, a tým aj riziko tvorby nových, virulentnejších variantov, a preto čierna hrdza už nie je v USA významným problémom. Odrody pšenice obyčajnej obsahujú niekoľko génov odolnosti voči známym variantom huby. [5]
V 60. rokoch Norman Borlaug a kolegovia z CIMMYT šľachtili odrody pšenice, ktoré obsahujú gény rezistencie ako napr. Sr31 obsahoval. Okrem týchto rezistencií ponúkali tieto odrody aj vyšší výnosový potenciál a zakrpatenie, ktoré tvorilo základ pre zelenú revolúciu. Keď bola choroba pod kontrolou a ceny pšenice sa stabilizovali, financovanie výskumu rezistencie sa znížilo. Kmeň objavený v Ugande v roku 1998 predstavoval obnovenú hrozbu Ug99 proti Sr31 neudeľuje odpor. Ug99 dnes existuje v 7 variantoch a spôsobil veľké škody kenským poľnohospodárom okolo roku 2007 (v niektorých prípadoch pokles výnosu o 80%). Z východnej Afriky sa kmeň rozšíril aj do Jemenu a Iránu. V marci 2008 FAO varovala pred masívnym zlyhaním plodín po roku Ug99 bol tam zistený. Hlavným problémom je vysoká náchylnosť mnohých druhov pšenice, ktoré nie sú odolné voči Ug99 mať. Zásoba potravín pre stovky miliónov ľudí je ohrozená, ak sa huba presunie ďalej na východ (India, Čína). [6] [3]
Keď sa Borlaug v roku 2005 dozvedel o opätovnom výskyte čiernej hrdze, zvolal vedcov do projektu „Durable Rust Resistance in Wheat“, ktorý vedú Cornell University a CIMMYT. Vo februári 2011 získal projekt dotáciu 40 miliónov dolárov od Nadácie Billa a Melindy Gatesových. V súčasnosti je k dispozícii 20 rezistentných odrôd, ktoré sa v súčasnosti integrujú do šľachtiteľských programov v ôsmich afrických a ázijských krajinách. [3]
Vojenské použitie
Na konci 40. rokov 20. storočia sa v USA vyvíjalo úsilie o použitie čiernej hrdze na vojenské účely. V roku 1953 bola vyvinutá bomba M-115, ktorá obsahovala 250 kg nákladu spór huby spolu s morčacím perím ako nosičmi a mala spôsobiť zlyhanie plodín vojenskými protivníkmi. Armáda Spojených štátov vyrábala na tento účel spóry čiernej hrdze vo Fort Detrick do roku 1957 a od roku 1962 do roku 1969. Tieto dodávky boli úplne zničené až v roku 1974 v rámci demilitarizačného programu. [7] [8] [9]