מחלות צמחים ומזיקי חרקים

הנזק לצמחים שנגרם כתוצאה מתחרות מעשבים שוטים ומזיקים אחרים כולל וירוסים, חיידקים, פטריות וחרקים פוגע מאוד בתפוקה שלהם ובמקרים מסוימים עלול להרוס כליל יבול.כיום, תשואות יבולים מהימנות מתקבלות על ידי שימוש בזנים עמידים למחלות, שיטות בקרה ביולוגיות ועל ידי יישום חומרי הדברה כדי לשלוט במחלות צמחים, חרקים, עשבים שוטים ומזיקים אחרים.ב-1983 הוצאו 1.3 מיליארד דולר על חומרי הדברה - לא כולל קוטלי עשבים - כדי להגן ולהגביל את הנזק לגידולים ממחלות צמחים, נמטודות וחרקים.אובדן היבול הפוטנציאלי בהיעדר שימוש בחומרי הדברה עולה בהרבה על ערך זה.

במשך כ-100 שנים, רבייה לעמידות למחלות הייתה מרכיב חשוב בפריון החקלאי ברחבי העולם.אבל ההצלחות שהושגו על ידי גידול צמחים הן אמפיריות במידה רבה ויכולות להיות ארעיות.כלומר, בגלל היעדר מידע בסיסי על תפקוד הגנים לעמידות, מחקרים הם לרוב מחקרים אקראיים ולא ממוקדים ספציפיים.בנוסף, כל תוצאה יכולה להיות קצרת מועד בגלל טבעם המשתנה של פתוגנים ומזיקים אחרים, כאשר מידע גנטי חדש מוחדר למערכות חקלאיות מורכבות.

דוגמה מצוינת להשפעה של שינוי גנטי היא תכונת האבקה הסטרילית שגדלה לרוב זני התירס העיקריים כדי לסייע בייצור זרעים היברידיים.צמחים המכילים ציטופלזמה של טקסס (T) מעבירים תכונה סטרילית זכרית זו דרך הציטופלזמה;זה קשור לסוג מסוים של מיטוכונדריה.לא ידוע למגדלים, המיטוכונדריה הללו נשאו גם פגיעות לרעלן המיוצר על ידי הפטרייה הפתוגניתHelminthosporiumמאידיס.התוצאה הייתה מגיפת עלי התירס בצפון אמריקה בקיץ 1970.

גם השיטות ששימשו לגילוי כימיקלים של חומרי הדברה היו במידה רבה אמפיריות.עם מעט מידע מוקדם או ללא מידע מוקדם על אופן הפעולה, כימיקלים נבדקים כדי לבחור את אלה שהורגים את החרק, הפטרייה או העשב, אך אינם פוגעים בצמח היבול או בסביבה.

גישות אמפיריות הניבו הצלחות עצומות בהדברת מזיקים מסוימים, במיוחד עשבים שוטים, מחלות פטרייתיות וחרקים, אך המאבק הוא מתמשך, שכן שינויים גנטיים במזיקים אלו יכולים לעתים קרובות להחזיר את הארסיות שלהם על פני זן צמחי עמיד או להפוך את המזיק עמיד בפני חומר הדברה .מה שחסר במעגל האינסופי הזה של רגישות ועמידות, הוא הבנה ברורה הן של האורגניזמים והן של הצמחים שהם תוקפים.ככל שהידע על מזיקים - הגנטיקה, הביוכימיה והפיזיולוגיה שלהם, המארחים שלהם והאינטראקציות ביניהם - יגדל, יופעלו אמצעי הדברה מכוונים ויעילים יותר.

פרק זה מזהה מספר גישות מחקר להבנה טובה יותר של המנגנונים הביולוגיים הבסיסיים העשויים להיות מנוצלים כדי לשלוט בפתוגנים צמחיים וחרקים.ביולוגיה מולקולרית מציעה טכניקות חדשות לבידוד וחקר פעולת הגנים.ניתן לנצל את קיומם של צמחים מארח רגישים ועמידים ופתוגנים ארסיים ואווירולנטיים כדי לזהות ולבודד את הגנים השולטים באינטראקציות בין המארח לפתוגן.מחקרים על המבנה העדין של גנים אלו יכולים להוביל לרמזים לגבי האינטראקציות הביוכימיות המתרחשות בין שני האורגניזמים ולוויסות הגנים הללו בפתוגן וברקמות הצמח.צריך להיות אפשרי בעתיד לשפר את השיטות וההזדמנויות להעברת תכונות רצויות לעמידות לצמחי גידול ולהפך ליצור פתוגנים שיהיו ארסיים נגד עשבים שוטים נבחרים או מזיקים פרוקי רגליים.הבנה מוגברת של נוירוביולוגיה של חרקים והכימיה והפעולה של חומרים מווסתים, כגון ההורמונים האנדוקריניים המווסתים מטמורפוזה, דיפאוזה ורבייה, תפתח דרכים חדשות לשליטה במזיקי חרקים על ידי שיבוש הפיזיולוגיה וההתנהגות שלהם בשלבים קריטיים במחזור החיים .