Είναι όλες οι κλωνικές καλλιέργειες εξίσου ευάλωτες σε επιθέσεις εντόμων; Το αρχείο αβοκάντο

Στους άγριους πληθυσμούς, τα περισσότερα είδη φυτών εμφανίζουν υψηλή γενετική ποικιλότητα, η οποία συχνά εκδηλώνεται ως υψηλή χημική ποικιλότητα και ποικιλότητα. Αυτή η χημική ετερογένεια είναι πολύ σημαντική στους πληθυσμούς των φυτών για να αντισταθούν στην επίθεση εντόμων και παθογόνων. Ωστόσο, στις μονοκαλλιέργειες, όπου η χημική ποικιλομορφία σε ποιότητα και ποσότητα είναι χαμηλή, οι δυνατότητες αντίστασης σε επιθέσεις παρασίτων και ασθένειες μειώνονται.

Είναι γνωστό ότι η γενετική ομοιομορφία στις ετήσιες καλλιέργειες οδηγεί σε καταστροφικές προσβολές παρασίτων ή/και παθογόνων. Ένα εμβληματικό παράδειγμα αυτού του φαινομένου είναι η σχέση μεταξύ σίτου και σκουριάς στελέχους (Puccinia graminis f.sp. tritici ) όπου τα γονίδια αντοχής σε ομοιόμορφες ποικιλίες σίτου ξεπεράστηκαν από τη σκουριά του στελέχους σε λίγα χρόνια. Η επιδημία που προκλήθηκε από τη σκουριά των στελεχών απαντήθηκε από τους ανθρώπους που ανέπτυξαν νέες ποικιλίες σιταριού που ευνόησαν και πάλι νέα καταστροφικά στελέχη σκουριάς.

Σε κλωνικές καλλιέργειες, όπως πατάτες, αβοκάντο, μπανάνες, μήλα, σταφύλια και φράουλες, ελαχιστοποιείται η γενετική και χημική ποικιλότητα προκειμένου να διατηρηθεί η απόδοση και τα επιθυμητά αγρονομικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά. Η γενετική ομοιομορφία στις κλωνικές καλλιέργειες ήταν μια από τις κύριες αιτίες αγροδιατροφικών καταστροφών όπως ο λιμός της πατάτας στην Ιρλανδία το 1845-1849. Εάν γνωρίζουμε ήδη ότι η ομοιομορφία στις καλλιέργειες είναι μια συνταγή καταστροφής και ότι η μεταβλητότητα είναι το αντίδοτο, πώς είναι που οι κλωνικές καλλιέργειες εξακολουθούν να ευδοκιμούν στη σύγχρονη γεωργία, ακόμη και στη βιολογική;

Τα φυτά παράγουν χιλιάδες δευτερογενείς ενώσεις (γνωστές και ως φυτοχημικές ουσίες) που υπάρχουν ως μείγματα στους φυτικούς ιστούς. Η διακύμανση στη συγκέντρωση και τη σύνθεση αυτών των μειγμάτων μπορεί να επηρεάσει, θετικά ή αρνητικά, την απόδοση των φυτοφάγων εντόμων (επιβίωση, αναζήτηση τροφής, τροφή, ωοτοκία, ανάπτυξη, βάρος, γονιμότητα κ.λπ.). Ενώ ορισμένα μείγματα ή συγκεκριμένες ενώσεις επηρεάζουν αρνητικά την ανάπτυξη ή την αύξηση βάρους σε γενικά έντομα, αυτές οι ίδιες ενώσεις μπορεί να είναι ευεργετικές για εξειδικευμένα έντομα που δρουν ως διεγερτικά της ωοτοκίας.

Το αβοκάντο Hass είναι μια κλωνική καλλιέργεια, που πολλαπλασιάζεται με εμβολιασμό. Το Μεξικό φιλοξενεί τη μεγαλύτερη έκταση καλλιέργειας αβοκάντο, 166.000 εκτάρια, φυτεμένη κυρίως με την ποικιλία Hass. Το δέντρο αβοκάντο δέχεται επίθεση από Copturus aguacatae , ένας τρυπητής που τρυπάει τα κλαδιά που προκαλεί σπάσιμο των καρποφόρων κλαδιών. Αυτό το τραχύλι είναι ενδημικό του Μεξικού και είναι ένα ειδικό έντομο που τρέφεται μόνο με ποικιλίες αβοκάντο. Σήμερα, είναι ένα από τα χειρότερα παράσιτα του αβοκάντο επειδή περιορίζει τις εξαγωγές φρούτων και είναι δυνητικά εισβολικό παράσιτο. Η ομάδα μας έδειξε ότι στη δεκαετία του 1990, οι οπωρώνες αβοκάντο Hass φιλοξενούσαν τρεις έως δεκατρείς χημειότυπους δέντρων με βάση τα τερπενοειδή των φύλλων και τα φαινυλοπροπανοειδή. Ωστόσο, με την ταχεία επέκταση της καλλιέργειας του αβοκάντο, εντοπίσαμε πρόσφατα οπωρώνες με έναν μόνο χημειότυπο δέντρου. Είναι αυτή η χημική παραλλαγή αρκετή για να λειτουργήσει ως παράγοντας αντίστασης έναντι ενός ειδικού εντόμου; Ή μήπως η καλλιέργεια αβοκάντο Hass έχει αφοπλιστεί κατά του Copturus aguacatae ?

Παρατηρήσαμε ότι σε αρκετούς οπωρώνες, μερικά δέντρα αβοκάντο είχαν μολυνθεί σοβαρά (πολλά κλαδιά βαρέθηκαν) ενώ μερικά από τα γειτονικά δέντρα παρέμειναν ανέγγιχτα (μη βαριεστημένα). Υποθέσαμε ότι τα δέντρα αβοκάντο που βαριούνται και που δεν βαριούνται ήταν χημικά διαφορετικά και επομένως διαφοροποιημένα από το Copturus aguacatae . Για να προσδιορίσουμε ποιες συγκεκριμένες ενώσεις εντός των εκατοντάδων φυτοχημικών ουσιών στους ιστούς των κλαδιών σχετίζονταν με την αντίσταση έναντι της προσβολής από τραχιά, χρησιμοποιήσαμε μεταβολικό προφίλ με αέρια χρωματογραφία σε συνδυασμό με φασματομετρία μάζας. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την ταυτόχρονη ανάλυση μεγάλου αριθμού ενώσεων.

Δείγαμε περισσότερα από εκατό δέντρα αβοκάντο σε επτά περιβόλια σε δύο εποχές (βροχερές και ξηρές), λαμβάνοντας 210 χρωματογραφικές κορυφές. Σε αντίθεση με τις προσδοκίες μας, ο χημειότυπος ενός φύλλου κυριαρχούσε στους οπωρώνες, υποδηλώνοντας ότι επικρατούσε υψηλή φυτοχημική ομοιογένεια εντός και μεταξύ των οπωρώνων. Βρήκαμε διακύμανση στη φυτοχημεία των κλαδιών μεταξύ της εποχής των βροχών και της ξηρασίας που απέκρυπτε τις διαφορές μεταξύ των βαρετών και των μη βαρετών δέντρων. Μετά τον έλεγχο της εποχιακής διακύμανσης, βρήκαμε πολλές ενώσεις που διαφέρουν μεταξύ των δέντρων που έχουν τρυπηθεί και δεν τρυπούνται. Σε εκείνο το σημείο, ήταν αδύνατο να γίνει διάκριση ποιες ενώσεις αυξήθηκαν ή μειώθηκαν ως απάντηση στην επίθεση εντόμων και ποιες ήταν συστατικές.

Για να επιλύσουμε αυτό το τέλμα, συγκρίναμε τη χημική σύσταση των τρυπητών και των μη τρυπητών κλαδιών από το ίδιο δέντρο. Προσδιορίσαμε μια ομάδα δεκαέξι ενώσεων που αυξήθηκαν σε δέντρα με τρυπήματα ως απόκριση στη διατροφή των προνυμφών. Στη συνέχεια, εκτός από αυτό το σύνολο των επαγόμενων ενώσεων, εντοπίσαμε τη συστατική ομπτουσιλακτόνη Α και α-χουμουλένιο σε υψηλή συγκέντρωση σε δέντρα που δεν τρυπήθηκαν. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι και οι δύο ενώσεις εμπλέκονται στην αντίσταση του δέντρου αβοκάντο Hass στην επίθεση τεμαχίων, πιθανώς ενεργώντας ως αποτρεπτικά.

Συνοπτικά, βρήκαμε αρκετές πηγές που διατηρούν φυτοχημική διακύμανση μεταξύ και εντός των κλώνων του αβοκάντο, προσδιορίζοντας ποιες ενώσεις συσχετίζονται με την αντοχή και την επαγόμενη απόκριση σε επιθέσεις εντόμων. Το επόμενο βήμα είναι να ελέγξετε εάν αυτές οι ενώσεις έχουν την αναμενόμενη επίδραση στο έντομο. Σε γενικές γραμμές, δείξαμε ότι μια κλωνική καλλιέργεια εμφανίζει συστατική και επαγόμενη φυτοχημική παραλλαγή που σχετίζεται με την αντοχή στα παράσιτα. Επιπλέον, ακόμη και μεταξύ μεμονωμένων κλάδων του ίδιου κλώνου, διαφορετικές σουίτες φυτοχημικών αναπτύσσονται ως κάτι παρόμοιο με τον «κινούμενο στόχο για τα φυτοφάγα ζώα» που τίθεται από τους Adler και Karban (Am. Nat., 144 (1994), σελ. 813-832) .

Οι πολυετείς καλλιέργειες, όπως το δέντρο αβοκάντο Hass, δεν θα μπορούσαν να είναι τόσο ανυπεράσπιστες έναντι των παρασίτων των εντόμων σε σύγκριση με τις ετήσιες καλλιέργειες. Βρήκαμε πρόσθετες πηγές φυτοχημικών παραλλαγών σε μια φαινομενικά ομοιογενή καλλιέργεια που πιθανώς αποτελεί χαρακτηριστικό αντίστασης έναντι ενός ειδικού εντόμου που αντιμετωπίζει έναν μεταβαλλόμενο κλωνικό ξενιστή.