کاهش حشرات گیاهخوار با استفاده از تنوع زیستی به جای حشره کش
پایگاه خبری DA1news: ژنوتیپ های مختلف گیاهی می توانند برای کمک به دفع حشرات گیاهخوار همکاری کنند.
به گزارش گروه علمی اخبار روزانه کشاورزی، آفت کش ها همیشه ضروری نیستند: محققان دانشگاه زوریخ، سوئیس، یک مطالعه میدانی جامع انجام داده اند که نشان می دهد با استفاده از تنوع زیستی در گونه های گیاهی می توان آسیب ناشی از گیاهخواران را کاهش داد.
یکی از چالش های کلیدی جامعه مدرن در ایجاد آشتی امنیت غذایی و حفظ محیط زیست و تنوع زیستی نهفته است. آفات و بیماری‌ها تهدیدی جدی برای محصولات هستند و عوامل شیمیایی مانند آفت‌کش‌ها را در کشاورزی حیاتی می‌سازند. با این حال، آفت کش ها می توانند تنوع زیستی حشرات را کاهش دهند. کنتارو شیمیزو، مدیر گروه زیست شناسی تکاملی و مطالعات محیطی در دانشگاه زوریخ (UZH) در سوئیس می گوید: «در این زمینه، مقاومت تداعی می تواند روش جدیدی برای تضمین تولید غذا در عین حفظ تنوع زیستی باشد.
اما کدام ترکیب از ژنوتیپ های گیاهی باید با هم کاشته شوند تا به طور موثر در برابر آفات و بیماری ها مقاومت کنند؟ به عنوان مثال، اگر از مجموع 199 ژنوتیپ دو ژنوتیپ انتخاب شود، 19701 ترکیب ممکن وجود دارد. محققان UZH اکنون روش‌های جدیدی برای پیش‌بینی ژنومی با استفاده از یک مدل فیزیک برای تجزیه و تحلیل تعاملات بین افراد در سطح ژنتیکی ایجاد کرده‌اند.
کار میدانی گسترده در باغ تحقیقاتی
ابتدا، محققان آزمایش‌های کشت گیاهی در مقیاس بزرگ را طی دو سال در زمین‌های باز در سوئیس و ژاپن انجام دادند. برای 199 ژنوتیپ گیاه مدل Arabidopsis thaliana که از سرتاسر جهان جمع آوری شده بود، اطلاعات DNA ژنومی از قبل در دسترس بود.
محققان به طور تصادفی بیش از 30 نفر از هر ژنوتیپ را در مجموع 6400 گیاه با هم مخلوط کردند و کاشتند. برای شمارش 52707 حشره در 6400 گیاه، محقق ارشد یاسوهیرو ساتو ماه ها را در باغ تحقیقاتی گذراند. کنتارو شیمیزو می‌گوید: این مجموعه داده شگفت‌انگیز که با بهره‌گیری از باغ تحقیقاتی پردیس Irchel در سوئیس جمع‌آوری شد، کلید این مطالعه بود.
تا به حال، هیچ روشی برای تجزیه و تحلیل این که کدام مناطق ژنومی برهمکنش هایی مانند مقاومت انجمنی بین افراد گیاه همسایه را تشکیل می دهند، وجود نداشت. بنابراین یاسوهیرو ساتو و تیمش یک روش تحلیلی جدید به نام Neighbor GWAS توسعه دادند. این روش از مدلی استفاده می کند که در فیزیک برای تجزیه و تحلیل فعل و انفعالات بین آهنرباها به فعل و انفعالات بین گیاهان همسایه استفاده می شود. بر اساس نتایج واقعی آزمایش‌های صحرایی، بررسی می‌کند که وقتی افراد با توالی‌های DNA ژنتیکی خاص در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند، آسیب گیاهخوار چگونه تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد.
تا 25 درصد کمتر آسیب به گیاهخواران می رسد
از تجزیه و تحلیل با استفاده از این روش جدید، نشان داده شد که ژن های متعددی در تعامل با افراد اطراف نقش دارند. با استفاده از روش یادگیری ماشینی، محققان توانستند آسیب گیاهخواری را پیش بینی کنند و ترکیبات ژنوتیپ مفیدی را که مقاومت انجمنی برای آنها پیش بینی شده بود، شناسایی کردند.
تیم تحقیقاتی آزمایش مزرعه‌ای در مقیاس بزرگ دیگری را طی دو سال انجام داد و حدود 2000 فرد گیاهی را در جفت ژنوتیپ کاشت که برای آنها سه سطح مختلف مقاومت انجمنی پیش‌بینی شده بود. این آزمایش نشان داد که در مقایسه با کاشت یک ژنوتیپ منفرد، اختلاط دو ژنوتیپ باعث کاهش آسیب گیاهخواری به ترتیب به میزان 24.8 و 22.7 درصد برای بالاترین و دومین سطح مقاومت انجمنی شد.
کنتارو شیمیزو می‌گوید: «از دیدگاه تحقیقات پایه، این می‌تواند به عنوان نقطه عطفی در مطالعه تعاملات بین افراد گیاهی دیده شود. این موضوع اهمیت تنوع زیستی را از دو جهت برجسته می کند. اول، تنوع ژنتیکی محصولات خود می تواند آسیب آفت را کاهش دهد. دوم، کاهش استفاده از آفت کش ها در محیط های کشاورزی می تواند به حفظ تنوع زیستی، از جمله حشرات کمک کند.
متاآنالیز با برنهارد اشمید به عنوان نویسنده مشترک نشان داده است که در محصولاتی مانند گندم یا برنج، اگر ژنوتیپ‌های تصادفی در مزرعه مخلوط شوند، عملکرد از 4 تا 16 درصد افزایش می‌یابد.
به گفته شیمیزو، برای این گونه‌های مهم گیاهی کشاورزی که ژنوم آنها شناخته شده است، روش جدید امکان پیش‌بینی مخلوطی از ژنوتیپ‌های گیاهی خاص را فراهم می‌کند که مقاومت تداعی را به حداکثر می‌رساند، بنابراین عملکرد را حتی بیشتر می‌کند و در عین حال در مصرف آفت‌کش‌ها صرفه‌جویی می‌کند.
مراجع و منابع:
یاسوهیرو ساتو، ری شیمیزو-ایناتسوگی، کازویا تاکدا، برنهارد اشمید، آتسوشی جی ناگانو، کنتارو کی شیمیزو. کاهش گیاه خواری در کاشت مخلوط با پیش بینی ژنومی اثرات همسایه در مزرعه. 30 سپتامبر 2024. ارتباطات طبیعت.
