Rikkakasvien ja muiden tuholaisten, kuten virusten, bakteerien, sienten ja hyönteisten, aiheuttamat vahingot kasveille heikentävät merkittävästi niiden tuottavuutta ja joissakin tapauksissa voivat tuhota sadon kokonaan. Nykyään luotettavat sadot saadaan käyttämällä taudeille vastustuskykyisiä lajikkeita, biologisia torjuntamenetelmiä ja käyttämällä torjunta-aineita kasvitautien, hyönteisten, rikkaruohojen ja muiden tuholaisten torjumiseksi. Vuonna 1983 torjunta-aineisiin – lukuun ottamatta rikkakasvien torjunta-aineita – käytettiin 1,3 miljardia dollaria suojellakseen ja rajoittaakseen satojen vahinkoja kasvitaudeilta, sukkulamadoilta ja hyönteisiltä. Mahdolliset satotappiot ilman torjunta-aineiden käyttöä ylittävät huomattavasti tämän arvon.
Noin sadan vuoden ajan taudinkestävyyden edistävä jalostus on ollut tärkeä osa maatalouden tuottavuutta maailmanlaajuisesti. Kasvinjalostuksen saavutukset ovat kuitenkin suurelta osin empiirisiä ja voivat olla lyhytaikaisia. Toisin sanoen, koska perustietoa resistenssigeenien toiminnasta ei ole riittävästi, tutkimukset ovat usein satunnaisia eivätkä kohdennettuja. Lisäksi tulokset voivat olla lyhytaikaisia, koska taudinaiheuttajien ja muiden tuholaisten luonne muuttuu, kun uutta geneettistä tietoa tuodaan monimutkaisiin agroekologisiin järjestelmiin.
Erinomainen esimerkki geneettisen muutoksen vaikutuksesta on steriili siitepölyominaisuus, jota on jalostettu useimpiin tärkeimpiin maissilajikkeisiin hybridisiementen tuotannon edistämiseksi. Texasin (T) sytoplasmaa sisältävät kasvit siirtävät tämän urospuolisen steriilin ominaisuuden sytoplasman kautta; se liittyy tietyntyyppiseen mitokondrioon. Jalostajien tietämättä nämä mitokondriot kantoivat myös alttiutta patogeenisen sienen tuottamalle toksiinille.HelminthosporiummaydisSeurauksena oli maissin lehtilaikkuepidemia Pohjois-Amerikassa kesällä 1970.
Myös torjunta-aineiden löytämisessä käytetyt menetelmät ovat olleet pitkälti empiirisiä. Koska niiden vaikutusmekanismista on vain vähän tai ei lainkaan ennakkotietoa, kemikaaleja testataan sellaisten kemikaalien valitsemiseksi, jotka tappavat kohdehyönteisen, -sienen tai -rikkaruohon, mutta eivät vahingoita viljelykasvia tai ympäristöä.
Empiiriset lähestymistavat ovat tuottaneet valtavia menestyksiä joidenkin tuholaisten, erityisesti rikkaruohojen, sienitautien ja hyönteisten, torjunnassa, mutta kamppailu on jatkuvaa, koska näiden tuholaisten geneettiset muutokset voivat usein palauttaa niiden virulenssin resistenttiin kasvilajikkeeseen nähden tai tehdä tuholaisesta vastustuskykyisen torjunta-aineelle. Tästä näennäisesti loputtomasta alttiuden ja resistenssin kiertokulusta puuttuu selkeä ymmärrys sekä organismeista että kasveista, joita ne hyökkäävät. Kun tietämys tuholaisista – niiden genetiikasta, biokemiasta ja fysiologiasta, niiden isännistä ja niiden välisistä vuorovaikutuksista – lisääntyy, kehitetään paremmin suunnattuja ja tehokkaampia tuholaistorjuntatoimenpiteitä.
Tässä luvussa esitellään useita tutkimusmenetelmiä, joilla pyritään ymmärtämään paremmin perustavanlaatuisia biologisia mekanismeja, joita voitaisiin hyödyntää kasvipatogeenien ja hyönteisten torjunnassa. Molekyylibiologia tarjoaa uusia tekniikoita geenien toiminnan eristämiseen ja tutkimiseen. Herkkien ja resistenttien isäntäkasvien sekä virulenttien ja avirulenttien patogeenien olemassaoloa voidaan hyödyntää isännän ja patogeenin välisiä vuorovaikutuksia säätelevien geenien tunnistamiseksi ja eristämiseksi. Näiden geenien hienorakenteen tutkimukset voivat johtaa vihjeisiin näiden kahden organismin välillä tapahtuvista biokemiallisista vuorovaikutuksista ja näiden geenien säätelystä patogeenissa ja kasvin kudoksissa. Tulevaisuudessa pitäisi olla mahdollista parantaa menetelmiä ja mahdollisuuksia siirtää toivottuja resistenssiominaisuuksia viljelykasveihin ja päinvastoin luoda patogeenejä, jotka ovat virulentteja valittuja rikkaruohoja tai niveljalkaisia vastaan. Hyönteisten neurobiologian ja moduloivien aineiden, kuten metamorfoosia, diapausia ja lisääntymistä säätelevien endokriinisten hormonien, kemian ja vaikutuksen lisääntyminen avaa uusia mahdollisuuksia hyönteisten torjuntaan häiritsemällä niiden fysiologiaa ja käyttäytymistä elinkaaren kriittisissä vaiheissa.
Julkaisun aika: 14. huhtikuuta 2021