I danni alle piante causati dalla competizione con le erbe infestanti e da altri parassiti, tra cui virus, batteri, funghi e insetti, compromettono gravemente la loro produttività e, in alcuni casi, possono distruggere completamente un raccolto. Oggi, rese agricole affidabili si ottengono utilizzando varietà resistenti alle malattie, pratiche di lotta biologica e applicando pesticidi per controllare malattie delle piante, insetti, erbe infestanti e altri parassiti. Nel 1983, sono stati spesi 1,3 miliardi di dollari in pesticidi – esclusi gli erbicidi – per proteggere i raccolti e limitare i danni causati da malattie, nematodi e insetti. Le potenziali perdite di raccolto in assenza di pesticidi superano di gran lunga tale cifra.
Da circa 100 anni, la selezione per la resistenza alle malattie rappresenta una componente importante della produttività agricola a livello mondiale. Tuttavia, i successi ottenuti con il miglioramento genetico delle piante sono in gran parte empirici e possono essere effimeri. Infatti, a causa della mancanza di informazioni di base sulla funzione dei geni di resistenza, gli studi sono spesso casuali anziché mirati a specifici obiettivi. Inoltre, i risultati possono essere di breve durata a causa della natura mutevole degli agenti patogeni e di altri parassiti, man mano che nuove informazioni genetiche vengono introdotte in sistemi agroecologici complessi.
Un ottimo esempio dell'effetto del cambiamento genetico è il tratto del polline sterile, introdotto nella maggior parte delle principali varietà di mais per favorire la produzione di semi ibridi. Le piante contenenti citoplasma Texas (T) trasferiscono questo tratto di sterilità maschile attraverso il citoplasma; esso è associato a un particolare tipo di mitocondrio. All'insaputa dei selezionatori, questi mitocondri erano anche vulnerabili a una tossina prodotta dal fungo patogenoElmintosporiomaidiIl risultato fu l'epidemia di peronospora del mais in Nord America nell'estate del 1970.
Anche i metodi utilizzati per la scoperta di pesticidi sono stati in gran parte empirici. Con poche o nessuna informazione preliminare sul meccanismo d'azione, le sostanze chimiche vengono testate per selezionare quelle che uccidono l'insetto, il fungo o l'erbaccia bersaglio senza danneggiare la coltura o l'ambiente.
Gli approcci empirici hanno prodotto enormi successi nel controllo di alcuni parassiti, in particolare erbe infestanti, malattie fungine e insetti, ma la lotta è continua, poiché i cambiamenti genetici in questi parassiti possono spesso ripristinarne la virulenza su una varietà vegetale resistente o renderli resistenti a un pesticida. Ciò che manca in questo ciclo apparentemente infinito di suscettibilità e resistenza è una chiara comprensione sia degli organismi che delle piante che attaccano. Con l'aumento della conoscenza dei parassiti – la loro genetica, biochimica e fisiologia, i loro ospiti e le interazioni tra loro – verranno ideate misure di controllo dei parassiti più mirate ed efficaci.
Questo capitolo individua diversi approcci di ricerca per una migliore comprensione dei meccanismi biologici fondamentali che potrebbero essere sfruttati per controllare i patogeni delle piante e gli insetti. La biologia molecolare offre nuove tecniche per isolare e studiare l'azione dei geni. L'esistenza di piante ospiti suscettibili e resistenti, nonché di patogeni virulenti e avirulenti, può essere sfruttata per identificare e isolare i geni che controllano le interazioni tra ospite e patogeno. Lo studio della struttura fine di questi geni può fornire indizi sulle interazioni biochimiche che si verificano tra i due organismi e sulla regolazione di questi geni nel patogeno e nei tessuti della pianta. In futuro, dovrebbe essere possibile migliorare i metodi e le opportunità per il trasferimento di tratti desiderabili di resistenza nelle piante coltivate e, viceversa, creare patogeni che siano virulenti contro determinate erbe infestanti o artropodi dannosi. Una maggiore comprensione della neurobiologia degli insetti e della chimica e dell'azione delle sostanze modulanti, come gli ormoni endocrini che regolano la metamorfosi, la diapausa e la riproduzione, aprirà nuove strade per il controllo degli insetti nocivi, interrompendo la loro fisiologia e il loro comportamento in fasi critiche del ciclo vitale.
Data di pubblicazione: 14 aprile 2021