โรคพืชและแมลงศัตรูพืช

ความเสียหายต่อพืชที่เกิดจากการแข่งขันจากวัชพืชและศัตรูพืชอื่นๆ รวมถึงไวรัส แบคทีเรีย เชื้อรา และแมลง ทำให้ผลผลิตลดลงอย่างมาก และในบางกรณีสามารถทำลายพืชผลโดยสิ้นเชิงได้ปัจจุบันนี้ ผลผลิตพืชผลที่เชื่อถือได้ได้มาจากการใช้พันธุ์ที่ต้านทานโรค แนวทางปฏิบัติในการควบคุมทางชีวภาพ และโดยการใช้ยาฆ่าแมลงเพื่อควบคุมโรคพืช แมลง วัชพืช และสัตว์รบกวนอื่นๆในปี 1983 มีการใช้เงิน 1.3 พันล้านดอลลาร์ไปกับยาฆ่าแมลง ไม่รวมยากำจัดวัชพืช เพื่อปกป้องและจำกัดความเสียหายต่อพืชผลจากโรคพืช ไส้เดือนฝอย และแมลงการสูญเสียพืชผลที่อาจเกิดขึ้นหากไม่มีการใช้ยาฆ่าแมลงนั้นเกินกว่ามูลค่าดังกล่าวอย่างมาก

เป็นเวลาประมาณ 100 ปีที่การผสมพันธุ์เพื่อต้านทานโรคเป็นองค์ประกอบสำคัญของผลผลิตทางการเกษตรทั่วโลกแต่ความสำเร็จที่เกิดจากการปรับปรุงพันธุ์พืชนั้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากการทดลองและอาจเกิดขึ้นได้เพียงชั่วคราวนั่นก็คือ เนื่องจากขาดข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับการทำงานของยีนเพื่อการต้านทาน การศึกษาจึงมักเป็นการสุ่มมากกว่าการสำรวจแบบกำหนดเป้าหมายโดยเฉพาะนอกจากนี้ ผลลัพธ์ใดๆ ก็ตามอาจมีอายุสั้น เนื่องจากธรรมชาติของเชื้อโรคและสัตว์รบกวนอื่นๆ ที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อมีการนำข้อมูลทางพันธุกรรมใหม่เข้าสู่ระบบเกษตรวิทยาที่ซับซ้อน

ตัวอย่างที่ดีของผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมคือลักษณะละอองเกสรที่ปลอดเชื้อที่เพาะพันธุ์ในข้าวโพดพันธุ์หลักๆ ส่วนใหญ่เพื่อช่วยในการผลิตเมล็ดพันธุ์ลูกผสมพืชที่มีไซโตพลาสซึมของเท็กซัส (T) ถ่ายโอนลักษณะที่เป็นหมันของผู้ชายผ่านไซโตพลาสซึมมันเกี่ยวข้องกับไมโตคอนเดรียชนิดใดชนิดหนึ่งโดยเฉพาะผู้เพาะพันธุ์ไม่รู้จัก ไมโตคอนเดรียเหล่านี้ยังมีความอ่อนแอต่อสารพิษที่ผลิตโดยเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคเฮลมินทอเรียมเมย์ดิส-ผลที่ตามมาคือการระบาดของโรคใบไหม้ข้าวโพดในทวีปอเมริกาเหนือในฤดูร้อนปี พ.ศ. 2513

วิธีการที่ใช้ในการค้นพบสารเคมีกำจัดศัตรูพืชยังเป็นวิธีการเชิงประจักษ์เป็นส่วนใหญ่เช่นกันด้วยข้อมูลเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยเกี่ยวกับวิธีการออกฤทธิ์ สารเคมีจึงได้รับการทดสอบเพื่อเลือกสารเคมีที่ฆ่าแมลง เชื้อรา หรือวัชพืชเป้าหมาย แต่ไม่เป็นอันตรายต่อพืชผลหรือสิ่งแวดล้อม

วิธีการเชิงประจักษ์ประสบความสำเร็จอย่างมากในการควบคุมศัตรูพืชบางชนิด โดยเฉพาะวัชพืช โรคเชื้อรา และแมลง แต่การต่อสู้ยังคงดำเนินต่อไป เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในศัตรูพืชเหล่านี้มักจะสามารถฟื้นฟูความรุนแรงของพวกมันเหนือพันธุ์พืชที่ต้านทานได้ หรือทำให้ศัตรูพืชต้านทานยาฆ่าแมลงได้ .สิ่งที่ขาดหายไปจากวัฏจักรของความอ่อนแอและการต่อต้านที่ไม่มีที่สิ้นสุดนี้คือความเข้าใจที่ชัดเจนของทั้งสิ่งมีชีวิตและพืชที่พวกมันโจมตีเมื่อความรู้เกี่ยวกับศัตรูพืช—พันธุกรรม ชีวเคมี และสรีรวิทยา โฮสต์ของพวกมัน และปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมัน—เพิ่มมากขึ้น ต้องมีการกำหนดมาตรการควบคุมสัตว์รบกวนที่มีทิศทางที่ดีขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

บทนี้ระบุแนวทางการวิจัยหลายประการเพื่อทำความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกทางชีววิทยาพื้นฐานที่อาจนำไปใช้ประโยชน์ในการควบคุมโรคพืชและแมลงอณูชีววิทยานำเสนอเทคนิคใหม่ในการแยกและศึกษาการกระทำของยีนการมีอยู่ของพืชอาศัยที่อ่อนแอและต้านทาน รวมถึงเชื้อโรคที่มีความรุนแรงและเป็นพิษสามารถนำไปใช้ในการระบุและแยกยีนที่ควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชอาศัยและเชื้อโรคได้การศึกษาโครงสร้างที่ดีของยีนเหล่านี้สามารถนำไปสู่เบาะแสเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตทั้งสองและการควบคุมของยีนเหล่านี้ในเชื้อโรคและในเนื้อเยื่อของพืชในอนาคตควรปรับปรุงวิธีการและโอกาสในการถ่ายทอดลักษณะที่ต้องการสำหรับการต้านทานต่อพืชปลูก และในทางกลับกัน เพื่อสร้างเชื้อโรคที่จะก่อโรคต่อวัชพืชที่เลือกสรรหรือสัตว์รบกวนที่เป็นสัตว์ขาปล้องความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับชีววิทยาวิทยาของแมลง เคมี และการออกฤทธิ์ของสารต่างๆ เช่น ฮอร์โมนต่อมไร้ท่อที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลง การหยุดชั่วคราว และการสืบพันธุ์ จะเปิดช่องทางใหม่ในการควบคุมแมลงศัตรูพืชโดยรบกวนสรีรวิทยาและพฤติกรรมของพวกมันในระยะวิกฤติในวงจรชีวิต .