Wageningen, The Netherlands
September 4, 2015
Growing crops with stacks of two or more resistance genes from closely related species, introduced into the crop via for instance genetic engineering, combined with the simultaneous introduction of resistance management, can ensure the long-term resistance of these plants to economically significant and aggressive diseases. The combination offers opportunities to make agriculture more sustainable worldwide, for instance as part of an integrated pest management that only involves chemical means in exceptional situations and in low doses. These were the findings of an international scientific conference held in Wageningen on 3 September on the conclusion of a study into more durable resistance against Phytophthora through the use of resistance genes from related wild potato species (DuRPh), which was funded by the Dutch government for ten years.
Potato is the third most common staple crop worldwide and the most important field crop in the Netherlands. The cultivation of potatoes requires far more pesticides than with other crops and growers use them in particular to protect crops against the late blight caused by Phytophthora infestans. This pathogen is genetically very ‘plastic’: it shows a great deal of genetic variation, which means that it continuously evolves new forms. Such a genetically plastic pathogen can break through the defences of resistant plants relatively easily.
Environmental impact
Conventional potato cultivation requires fungicides to be applied 10 to 15 times a year to keep the disease at bay. This has a very real environmental impact. Additionally, yield losses and pesticides due to the late blight make for a combined cost to Dutch growers of approximately €100 million per year. This is almost 20% of all production costs. Worldwide, the cost of the late blight (crop losses plus mitigation costs) runs into billions.
DuRPh
In the framework of the ten-year DuRPh study, genes from wild potatoes were used via genetic modification to develop prototype potato varieties with a durable resistance to late blight. The study also helped develop effective resistance management, which monitors the genetic variation of the pathogen throughout the Netherlands. The combination of these two approaches may save up to 80% on the use of fungicides. The research was funded by the Dutch Ministry of Economic Affairs and carried out by Wageningen UR.
Results of DuRPh translate well to other major food crops
According to the international scientists who attended the concluding conference on September 3, the results of DuRPh translate well to other major food crops. There are other crops for which one or a few specific pathogens create a majority of problems, such as wheat and banana. Here, too, it is likely that closely related wild species can be found from which resistance genes can be extracted.
Smart combination within cultivars of sets of multiple resistance genes from related species, introduced into the crop via for instance genetic engineering, combined with proper monitoring of the pathogen and timely application of combined resistance genes will allow the resistant cultivars to retain their resistance to the disease in the long term for these plants too. This applies even if the pathogen is genetically very diverse and can easily adapt to the resistance of the plant.
Recent scientific findings show that resistance will probably function even longer if the introduced sets of resistance genes will include genes that play an important role in the interaction between plants and pathogens.
Resistentie-genen van wilde verwanten van gewassen bieden wereldwijd kansen voor duurzamere landbouw
Het telen van gewassen met setjes van twee of meer resistentiegenen van wilde aardappelsoorten, gecombineerd met gelijktijdige introductie van resistentie-management, kan ervoor zorgen dat die gewassen langdurig resistent blijven tegen economisch belangrijke en agressieve ziekten. De combinatie biedt daarmee wereldwijd kansen voor het duurzamer maken van de landbouw, bijvoorbeeld als onderdeel van geïntegreerde bestrijding, waarbij alleen in uitzonderlijke situaties -lagere doses- chemische middelen worden ingezet. Dat blijkt uit het internationale symposium dat op 3 september bij Wageningen UR werd gehouden, bij de afsluiting van het tien jaar durende onderzoek naar aardappels die langdurig resistent zijn tegen Phytophthora, dankzij genetische modificatie met resistentiegenen uit wilde aardappelsoorten (DuRPh). Het DuRPh-onderzoek werd gefinancierd door de Nederlandse overheid.
Aardappel is wereldwijd het derde voedselgewas en in Nederland het belangrijkste akkerbouwgewas. Bij de teelt van aardappelen worden, in vergelijking met de teelt van andere gewassen, veel bestrijdingsmiddelen gebruikt. Telers zetten deze middelen vooral in voor de bescherming van het gewas tegen de aardappelziekte die wordt veroorzaakt door Phytophthora infestans. Dat is een ziekteverwekker die genetisch gezien erg ‘plastisch’ is: er is veel genetische variatie aanwezig, waardoor er makkelijk nieuwe vormen van de ziekteverwekker kunnen ontstaan. Daardoor kan zo’n genetisch plastische ziekteverwekker relatief makkelijk door de afweer van resistente planten breken.
Belasting van het milieu
In de gangbare aardappelteelt moet jaarlijks 10 - 15 keer met fungiciden gespoten worden om de ziekte buiten de deur te houden. Dat gaat gepaard met een belasting van het milieu. Bovendien kosten opbrengstverliezen en de bestrijding van de aardappelziekte de Nederlandse telers circa € 100.000.000,- (honderd miljoen) per jaar. Dat is bijna 20% van de productiekosten. Wereldwijd lopen de kosten van de aardappelziekte (oogstverliezen plus kosten voor bestrijding) in de vele miljarden.
DuRPh
In het tienjarige onderzoeksprogramma DuRPh zijn met genetische modificatie met genen van wilde aardappels prototypes van aardappelrassen ontwikkeld die duurzaam resistent zijn tegen de aardappelziekte. Bij het onderzoek is ook effectief resistentiemanagement ontwikkeld, waarbij de genetische variatie van de ziekteverwekker door heel Nederland gemonitord wordt. Door de combinatie van deze twee aanpakken kan tot 80% bespaard worden op het gebruik van fungiciden. Het onderzoek werd gefinancierd door het ministerie van Economische Zaken, en uitgevoerd door Wageningen UR
Resultaten ook van belang voor andere voedselgewassen
Volgens de internationale wetenschappers die op 3 september 2015 bij de afsluiting van DuRPh aanwezig waren, zijn de resultaten van DuRPh goed te vertalen naar situaties bij andere belangrijke voedselgewassen. Er zijn namelijk meer gewassen waarbij één of een paar specifieke ziekteverwekkers tot grote problemen leiden, zoals in tarwe en banaan. En ook daar zijn er waarschijnlijk wilde soorten te vinden waarin resistentiegenen opgespoord kunnen worden.
Door ook in die gewassen setjes met meerdere resistentiegenen van wilde soorten bijvoorbeeld via genetische modificatie op een slimme manier in rassen te combineren, de ziekteverwekker goed te monitoren en de combinatie van resistentiegenen tijdig aan te passen, kunnen de resistente rassen van ook andere gewassen dan aardappel hun weerstand tegen de ziekte langdurig vasthouden. Zelfs als de ziekteverwekker genetisch erg divers is en zich makkelijk aanpast aan de resistentie van de plant.
Recente wetenschappelijke inzichten laten zien dat de resistenties waarschijnlijk nog langer stand zullen houden, als in de setjes resistentie-genen ook genen worden opgenomen die wetenschappelijk gezien weliswaar geen echte resistentie-genen zijn, maar die wel een belangrijke rol spelen bij de interactie tussen planten en hun ziekteverwekkers.
Species
