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Too much of a good thing? Hybrid necrosis as a by-product of plant immune system diversification

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Abstract:

Plants defend themselves against their enemies with an impressive arsenal of physical barriers, surveillance and defense proteins, enzymes, and toxic chemicals. Many different molecules are involved in the detection of invaders, suggesting that pathogen pressure selects for a broad array of defense strategies and a high diversity of recognition specificities in host species. Recent results in plants, however, show that immune system diversification can also have negative consequences; epistatic interactions among divergent immune system components can cause hybrid necrosis, a form of genetic incompatibility. This type of hybrid failure is frequently lethal, and characterized by the widespread induction of programmed cell death leading to tissue necrosis. In characterized examples, this is caused by hyperactivation of defense responses. Both the prevalence of hybrid necrosis in diverse plant taxa, and the growing indication that it may arise as a by-product of adaptation to the biotic environment, emphasize that it is likely a general factor in plant evolution. Since hybrid necrosis negatively impacts the progeny of certain crosses, divergence of the plant immune system may indirectly affect gene flow among populations, and perhaps contribute to the establishment or maintenance of species barriers.

Les plantes se défendent elles-mêmes contre leurs ennemis grâce à un impressionnant arsenal de barrières physiques, de protéines de surveillance et de défense, d'enzymes et de toxines chimiques. Un grand nombre de molécules interviennent dans la détection des envahisseurs, suggérant que la pression de ces organismes pathogènes sélectionne un large ensemble de stratégies de défense et une forte diversité de spécificités de reconnaissance chez les espèces hôtes. On a cependant récemment observé chez les plantes que la diversification du système immunitaire peut également avoir des conséquences négatives; les interactions épistatiques entre composantes de systèmes immunitaires divergents peuvent entraîner la nécrose d'hybrides, une forme d'incompatibilité génétique. Ce type d'échec des hybrides s'avère fréquemment létal et s'accompagne par une large induction de mort cellulaire programmée conduisant à la nécrose. Dans des exemples précis, ceci est causé par l'hyperactivation des réactions de défense. La prévalence de la nécrose d'hybride dans divers taxons végétaux aussi bien que l'indication croissante qu'elle découle comme sous-produit de l'adaptation à l'environnement biotique, souligne qu'il s'agit vraisemblablement d'un facteur général d'évolution des plantes. Puisque la nécrose des hybrides exerce des impacts négatifs sur la progéniture de certains croisements, la divergence du système immunitaire végétal peut indirectement affecter le flux des gènes dans les populations, et possiblement contribuer à l'arrivée ou au maintien de barrières spécifiques.

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2009

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  • Published since 1929, this monthly journal features comprehensive research articles and notes in all segments of plant sciences, including cell and molecular biology, ecology, mycology and plant-microbe interactions, phycology, physiology and biochemistry, structure and development, genetics, systematics, and phytogeography. It also publishes commentary and review articles on topics of current interest, contributed by internationally recognized scientists.

    Previously published as the Canadian Journal of Botany
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