Nieuwe tools, benaderingen kunnen leiden tot colorado-aardappelkever - resistente rassen

De coloradokever is een grote plaag in Noord-Amerika die de aardappelopbrengst met 30-50% kan verminderen als er niets aan wordt gedaan. De bestrijding was van oudsher sterk afhankelijk van het gebruik van pesticiden, maar het falen van chemische bestrijding van de coloradokever is gemeld voor de meeste belangrijke klassen van synthetische insecticiden. 

sinds de jaren tachtig weten we dat Solanum chacoense, een wilde soort uit Argentinië, zeer resistent was tegen de coloradokever. Amerikaanse en Canadese veredelaars hebben geprobeerd om keverresistente variëteiten te kweken, maar het was moeilijk om de sterke resistentie die we zien bij wilde verwanten om te zetten in commerciële variëteiten. 

Michigan State University is in de voetsporen getreden van de vorige aardappelonderzoekers en werkt al meer dan tien jaar aan deze uitdaging met behulp van onderzoekstools die zijn geoptimaliseerd in aardappel, zoals genomica en genbewerking. Door deze tools te combineren met een nieuwe veredelingsstrategie die de aardappelveredeling vereenvoudigt, hebben we vooruitgang geboekt die keverresistente rassen binnen handbereik heeft gebracht.

Verwanten van wilde aardappels maken van nature hun eigen insecticide verbindingen om ongedierte zoals de coloradokever op afstand te houden. Verschillende wilde soorten produceren unieke versies van deze verbindingen die bekend staan ​​als glycoalkaloïden. Sommige zijn zo effectief dat ze de mortaliteit van de larven van de coloradokever veroorzaken en de voeding van de volwassen kever drastisch verminderen. 

De productie van glycoalkaloïden in aardappelbladeren is gunstig voor het afweren van hongerige kevers, maar het consumeren van grote hoeveelheden glycoalkaloïden kan nadelige gezondheidseffecten bij mensen veroorzaken. Om deze reden werken professor David Douches en afgestudeerde student Natalie Kaiser aan de Michigan State University aan het creëren van aardappelrassen die een krachtige glycoalkaloïde, leptine genaamd, alleen in de bladeren van de aardappel synthetiseren.

Door het chemische profiel van honderden individuele aardappelen te vergelijken met hun resistentie tegen de coloradokever in het veld, vond Kaiser ook chemische kenmerken die de veldprestaties konden voorspellen. Dit betekent dat veredelaars resistente aardappelen kunnen selecteren met een eenvoudige chemische meting in plaats van een veldproef te moeten doen.

Onderzoekers hebben eerder geprobeerd om de productie van krachtige leptine-glycalkaloïden in aardappelrassen te introduceren en stuitten op verschillende obstakels. Om te beginnen zijn er een groot aantal genen die de soorten en hoeveelheden glycoalkaloïden regelen die een bepaald aardappelras zal produceren. Het verkrijgen van de exacte combinatie van genen is cruciaal. Om alle genetische spelers beter te kunnen volgen, heeft het Douches-lab het hele genoom gesequenced van deze wilde aardappelen die resistent zijn tegen de coloradokever en degenen die vatbaar zijn voor de plaag. Kaiser identificeerde vervolgens belangrijke veranderingen op DNA-niveau tussen de aardappelen die de verschillen in hun chemische profiel en de sympathie van de Coloradokever verklaarden.

Nu we de reeks genen kennen die nodig zijn om een ​​aardappelplant resistent te maken, is de volgende uitdaging om alle genen door kruisbestuiving over te brengen naar een aardappelcultivar met andere goede eigenschappen, zoals een hoge opbrengst en het gewenste knoluiterlijk. Dit proces wordt bemoeilijkt door het feit dat aardappelrassen vier exemplaren van elk gen hebben. Om het nog ingewikkelder te maken, kan elk van de vier kopieën een andere versie van het gen zijn. Het is moeilijk om ervoor te zorgen dat alle vier de kopieën van de genen waarin we geïnteresseerd zijn, de gewenste kopie zijn die nodig is voor resistentie.

Een strategie om dit probleem op te lossen is om te werken met aardappelen die van nature maar twee exemplaren van elk gen hebben, de zogenaamde diploïde aardappelen. Veel familieleden van wilde aardappelen, waaronder de Coloradokever-resistente soorten die leptine produceren, zijn diploïden. Door zelfbestuiving heeft Kaiser inteelt diploïde lijnen kunnen ontwikkelen met een sterke resistentie tegen de coloradokever. Deze diploïde inteeltlijnen vereenvoudigen het fokproces omdat de eigenschappen echt fokken, zoals de twee ouders in een maïshybride. We kunnen gemakkelijker volgen hoe genen die van invloed zijn op keverresistentie worden geërfd, omdat we de kopie kennen van elk gen dat ze aan hun nakomelingen zullen doorgeven.

Verrassend genoeg zijn dit de eerste inteeltlijnen die zijn geselecteerd op een specifiek resistentiekenmerk in aardappel! Deze lijnen hebben we gekruist tot onze beste kweeklijnen. In 2021 screent het MSU-team nakomelingen van deze kruisingen in het veld en gaat het op zoek naar individuen met goede knoleigenschappen in combinatie met de keverresistentie. Door met inteeltlijnen te werken, kunnen we keverresistentie ook gaan stapelen met andere eigenschappen, zoals ziekteresistentie. 

Bovendien gebruikt het Douches-lab in dit eenvoudiger genetische systeem moderne genetische hulpmiddelen zoals genoombewerking. Kaiser gebruikt genoombewerking om genen selectief uit te schakelen, één voor één of in combinatie, om te bepalen of ze nodig zijn voor gewasbescherming. Het is belangrijk op te merken dat deze methode genen uitschakelt die van nature in de aardappel zitten en dat er geen vreemde genen worden geïntroduceerd. 

Omdat de Coloradokever bekend staat om het snel overwinnen van zelfs de meest schadelijke pesticiden, raadt Douches aan om deze waardplantresistentie te implementeren in een IPM-schema om de levensduur van dit waardevolle hulpmiddel te verlengen.

— Dave Douches, Ph.D., is een professor aan de afdeling Planten-, Bodem- en Microbiële Wetenschappen van de Michigan State University. Hij leidt al meer dan 30 jaar het MSU aardappelveredeling- en geneticaprogramma. Natalie Kaiser is een Ph.D. kandidaat bij de afdeling Planten-, Bodem- en Microbiële Wetenschappen van MSU die aardappelveredeling en genetica bestudeert.

/ wetenschap-en-onderwijs /