מחלות צמחים ומזיקי חרקים

הנזק לצמחים הנגרם כתוצאה מתחרות מעשבים שוטים וממזיקים אחרים, כולל וירוסים, חיידקים, פטריות וחרקים, פוגע מאוד בפריון שלהם ובמקרים מסוימים עלול להרוס לחלוטין את היבול. כיום, ניתן להשיג יבולים אמינים באמצעות שימוש בזנים עמידים למחלות, שיטות הדברה ביולוגיות, ושימוש בחומרי הדברה לשליטה במחלות צמחים, חרקים, עשבים שוטים ומזיקים אחרים. בשנת 1983 הוצאו 1.3 מיליארד דולר על חומרי הדברה - לא כולל קוטלי עשבים - כדי להגן ולהגביל את הנזק לגידולים ממחלות צמחים, נמטודות וחרקים. הפסדי היבול הפוטנציאליים בהיעדר שימוש בחומרי הדברה עולים בהרבה על ערך זה.

במשך כ-100 שנה, גידול צמחים לעמידות למחלות היה מרכיב חשוב בפריון החקלאי ברחבי העולם. אך ההצלחות שהושגו על ידי גידול צמחים הן ברובן אמפיריות ויכולות להיות חולפות. כלומר, בשל חוסר מידע בסיסי על תפקוד הגנים לעמידות, מחקרים הם לעתים קרובות אקראיים ולא מחקרים ממוקדים במיוחד. בנוסף, כל תוצאה יכולה להיות קצרת מועד בגלל אופיים המשתנה של פתוגנים ומזיקים אחרים, כאשר מידע גנטי חדש מוחדר למערכות אגרו-אקולוגיות מורכבות.

דוגמה מצוינת להשפעת השינוי הגנטי היא תכונת האבקה הסטרילית, אשר גודלה ברוב זני התירס העיקריים כדי לסייע בייצור זרעי היברידיים. צמחים המכילים ציטופלזמה טקסנית (T) מעבירים תכונה סטרילית זכרית זו דרך הציטופלזמה; היא קשורה לסוג מסוים של מיטוכונדריה. מבלי שהמגדלים ידעו, מיטוכונדריה זו נשאה גם פגיעות לרעלן המיוצר על ידי הפטרייה הפתוגנית.הלמינטוספוריוםמיידיסהתוצאה הייתה מגפת כיב עלי התירס בצפון אמריקה בקיץ 1970.

השיטות בהן השתמשו בגילוי כימיקלים לחומרי הדברה היו גם הן במידה רבה אמפיריות. עם מעט מאוד מידע מוקדם או ללא מידע כלל על אופן הפעולה, כימיקלים נבדקים כדי לבחור את אלו שהורגים את החרק, הפטרייה או העשבים השוטים המטרה אך אינם פוגעים בצמח או בסביבה.

גישות אמפיריות הניבו הצלחות אדירות בשליטה במזיקים מסוימים, ובמיוחד עשבים שוטים, מחלות פטרייתיות וחרקים, אך המאבק נמשך, שכן שינויים גנטיים במזיקים אלה יכולים לעתים קרובות לשקם את אלימותם על פני זן צמחים עמיד או להפוך את המזיק לעמיד בפני חומרי הדברה. מה שחסר במעגל האינסופי לכאורה של רגישות ועמידות הוא הבנה ברורה הן של האורגניזמים והן של הצמחים שהם תוקפים. ככל שהידע על מזיקים - הגנטיקה שלהם, הביוכימיה והפיזיולוגיה שלהם, הפונדקאים שלהם והאינטראקציות ביניהם - יגדל, יגובשו אמצעי הדברה מכוונים ויעילים יותר.

פרק זה מזהה מספר גישות מחקריות להבנה טובה יותר של המנגנונים הביולוגיים הבסיסיים שניתן לנצל כדי לשלוט בפתוגנים של צמחים וחרקים. ביולוגיה מולקולרית מציעה טכניקות חדשות לבידוד ולימוד פעולת הגנים. ניתן לנצל את קיומם של צמחי פונדקאים רגישים ועמידים ופתוגנים אלימים ולא אלימים כדי לזהות ולבודד את הגנים השולטים באינטראקציות בין הפונדקאי לפתוגן. מחקרים על המבנה העדין של גנים אלה יכולים להוביל לרמזים לגבי האינטראקציות הביוכימיות המתרחשות בין שני האורגניזמים ולוויסות של גנים אלה בפתוגן וברקמות הצמח. בעתיד אמורה להיות אפשרות לשפר את השיטות וההזדמנויות להעברת תכונות רצויות לעמידות לצמחי גידול, ולהיפך, ליצור פתוגנים שיהיו אלימים כנגד עשבים שוטים או מזיקי פרוקי רגליים נבחרים. הבנה מוגברת של נוירוביולוגיה של חרקים והכימיה והפעולה של חומרים מווסתים, כגון הורמונים אנדוקריניים המווסתים מטמורפוזה, דיאפאוזה ורבייה, תפתח דרכים חדשות לשליטה במזיקי חרקים על ידי שיבוש הפיזיולוגיה וההתנהגות שלהם בשלבים קריטיים במחזור החיים.