سوسک سیب زمینی کلرادو یکی از آفات اصلی در آمریکای شمالی است که در صورت عدم کنترل می تواند عملکرد سیب زمینی را 30-50٪ کاهش دهد. در طول تاریخ کنترل به شدت به استفاده از سموم دفع آفات متکی بوده است ، اما عدم موفقیت در کنترل شیمیایی علیه سوسک سیب زمینی کلرادو برای بیشتر گروه های اصلی حشره کش های مصنوعی گزارش شده است.
در دهه 1980 ، ما می دانیم که Solanum chacoense ، یک گونه وحشی از آرژانتین ، در برابر سوسک سیب زمینی کلرادو بسیار مقاوم بود. پرورش دهندگان آمریکایی و کانادایی سعی در تولید انواع مقاوم به سوسک داشته اند ، اما انتقال مقاومت شدیدی که در بستگان وحشی مشاهده می کنیم به انواع تجاری دشوار بوده است.
دانشگاه ایالتی میشیگان نیز ردپای محققان قبلی سیب زمینی را دنبال کرده است و بیش از یک دهه است که با استفاده از ابزارهای تحقیقاتی بهینه سازی شده در سیب زمینی مانند ژنومیک و ویرایش ژن ، روی این چالش کار کرده است. ترکیب این ابزارها با یک استراتژی اصلاح نژاد که ساده سازی سیب زمینی را ساده می کند ، به ما امکان داده است پیشرفت هایی داشته باشیم که انواع مقاوم به سوسک را در چنگال قرار دهد.
بستگان سیب زمینی وحشی به طور طبیعی ترکیبات حشره کش خود را ایجاد می کنند تا آفاتی مانند سوسک سیب زمینی کلرادو را از خود دور کنند. گونه های وحشی مختلف نسخه های منحصر به فردی از این ترکیبات تولید می کنند که به عنوان گلیکوآکلوآلید شناخته می شوند. برخی از آنها بسیار موثر هستند که باعث مرگ و میر در لارو سوسک سیب زمینی کلرادو می شوند و تغذیه سوسک بزرگسالان را به طور چشمگیری کاهش می دهند.
تولید گلیکو آلکالوئید در برگهای سیب زمینی برای دفع سوسکهای گرسنه سودمند است ، اما مصرف مقادیر زیاد گلیکوآکلوئیدها می تواند اثرات سوئی بر سلامتی در انسان ایجاد کند. به همین دلیل ، پروفسور دیوید داوش و دانشجوی کارشناسی ارشد ناتالی قیصر در دانشگاه ایالتی میشیگان در حال تلاش برای ایجاد انواع سیب زمینی هستند که یک گلیکو آلکالوئید قدرتمند به نام لپتین را فقط در برگ های سیب زمینی سنتز می کند.
با مقایسه مشخصات شیمیایی صدها سیب زمینی منفرد با مقاومت آنها در برابر سوسک سیب زمینی کلرادو در مزرعه ، کایزر همچنین امضاهای شیمیایی یافت که می تواند عملکرد مزرعه را پیش بینی کند. این بدان معنی است که پرورش دهندگان می توانند سیب زمینی مقاوم را با اندازه گیری شیمیایی ساده انتخاب کنند به جای اینکه یک آزمایش صحرایی انجام دهند.
محققان تلاش کرده اند تا پیش از این تولید گلیکوآکلالوئیدهای لپتین قوی به ارقام سیب زمینی بپردازند و با موانع زیادی روبرو شوند. برای مبتدیان ، تعداد زیادی ژن کنترل کننده انواع و مقادیر گلیکو آلکالوئیدهایی است که هر نوع سیب زمینی مشخصی تولید خواهد کرد. به دست آوردن ترکیب دقیق ژن ها بسیار مهم است. برای ردیابی بهتر همه بازیکنان ژنتیکی ، آزمایشگاه Douches کل ژنوم این سیب زمینی های وحشی را که در برابر سوسک سیب زمینی کلرادو مقاوم هستند و آنهایی که به آفت حساس هستند را توالی بندی کرد. سپس قیصر تغییرات اساسی را در سطح DNA بین سیب زمینی ها شناسایی کرد که تفاوت در مشخصات شیمیایی آنها و میزان محبوبیت سوسک سیب زمینی کلرادو را توضیح داد.
اکنون که مجموعه ژن های لازم برای مقاوم سازی یک گیاه سیب زمینی را شناختیم ، چالش بعدی انتقال کلیه ژن ها به رقم سیب زمینی با سایر مشخصات خوب مانند عملکرد بالا و ظاهر غده های مطلوب با گرده افشانی متقابل است. این واقعیت پیچیده است زیرا ارقام سیب زمینی چهار نسخه از هر ژن دارند. برای پیچیده تر کردن مسائل ، هر چهار نسخه می توانند نسخه متفاوتی از ژن باشند. اطمینان از اینکه هر چهار نسخه ژن مورد علاقه ما نسخه مطلوب لازم برای مقاومت هستند دشوار است.
یک راهکار برای غلبه بر این مسئله کار با سیب زمینی است که به طور طبیعی فقط دو نسخه از هر ژن دارد که به سیب زمینی دیپلوئید معروف هستند. بسیاری از بستگان سیب زمینی وحشی ، از جمله انواع مقاوم به سوسک سیب زمینی کلرادو که لپتین تولید می کنند ، دیپلوئید هستند. از طریق خود گرده افشانی ، کایزر توانسته است خطوط دیپلوئید نژادی با مقاومت شدید در برابر سوسک سیب زمینی کلرادو ایجاد کند. این خطوط خلوص دیپلوئید روند تولید مثل را ساده می کنند زیرا صفات درست مثل دو پدر و مادر در هیبرید ذرت تولید می شوند. ما می توانیم راحت تر نحوه وراثت ژن های موثر بر مقاومت سوسک را ردیابی کنیم زیرا می دانیم کپی هر ژن که به فرزندان آنها منتقل خواهد شد.
به طرز جالب توجهی ، این اولین خطوط بومی است که برای یک ویژگی مقاومت خاص در سیب زمینی انتخاب شده است! ما از این خطوط عبور کرده و به بهترین خطوط تولید مثل رسیده ایم. در سال 2021 ، تیم MSU فرزندان این صلیب ها را در مزرعه غربال می کند و به دنبال شناسایی افرادی است که دارای ویژگی های غده خوب همراه با مقاومت سوسک هستند. با کار با خطوط همخون ، ما همچنین می توانیم مقاومت سوسک ها را با سایر صفات مانند مقاومت در برابر بیماری انباشته کنیم.
بعلاوه ، در این سیستم ساده ژنتیکی ، آزمایشگاه Douches از ابزارهای ژنتیکی مدرن مانند ویرایش ژنوم استفاده می کند. قیصر در حال استفاده از ویرایش ژنوم برای خاموش کردن انتخابی ژن ها ، یکی به طور همزمان یا به طور ترکیبی است ، تا تعیین کند که آیا آنها برای محافظت از گیاه لازم هستند. توجه به این نکته مهم است که این روش خاموش کردن ژن هایی است که به طور طبیعی در سیب زمینی وجود دارند و هیچ ژن خارجی معرفی نمی شود.
از آنجا که سوسک سیب زمینی کلرادو به دلیل غلبه سریع بر حتی مضرترین سموم دفع آفات شناخته شده است ، داچس توصیه می کند که این مقاومت گیاهان میزبان در یک طرح IPM پیاده سازی شود تا عمر این ابزار ارزشمند افزایش یابد.
- دیو داوچ ، دکتری ، استاد دانشگاه علوم گیاهی ، خاک و میکروب های دانشگاه ایالتی میشیگان است. وی بیش از 30 سال برنامه پرورش و سیب زمینی MSU را هدایت کرده است. ناتالی قیصر دکترای علوم پزشکی است. نامزد در گروه علوم گیاهی ، خاک و میکروبی MSU در حال مطالعه اصلاح نژاد سیب زمینی و ژنتیک.