Bekæmp skadedyr med biodiversitet i stedet for insekticider

Planter interagerer med de individer, der omgiver dem – ligesom mennesker.

Hvis personer i ens omgivelser for eksempel er modtagelige for infektioner, stiger ens egen risiko for at blive smittet. Er de derimod resistente, falder den. Det samme gælder planter: Når forskellige genetiske typer af den samme art plantes sammen, er visse kombinationer mere resistente over for skadedyr og sygdomme. Denne positive effekt på den biologiske mangfoldighed kaldes associativ resistens.

Fødevaresikkerhed og beskyttelse af artsmangfoldigheden

En af det moderne samfunds udfordringer er at forene fødevaresikkerhed med miljøbeskyttelse og biologisk mangfoldighed. Skadedyr og sygdomme truer afgrøderne, hvorfor der anvendes kemiske plantebeskyttelsesmidler i landbruget. Pesticider kan dog mindske mangfoldigheden af insektarter. »Her kunne associativ resistens som dyrkningsmetode afhjælpe problemet, så fødevareproduktionen sikres, samtidig med at artsmangfoldigheden bevares«, siger Kentaro Shimizu, direktør for Institut for Evolutionsbiologi og Miljøvidenskab ved Zürichs Universitet (UZH).

Men hvilke kombinationer af planter med forskellige genotyper – de individuelle genetiske sammensætninger – bør plantes i blandede bestande for at afværge skadedyr og sygdomme? Hvis man for eksempel vil udvælge to ud af i alt 199 genotyper, findes der 19.701 mulige kombinationer. Forskere ved UZH har nu ved hjælp af en fysisk model udviklet en ny metode til at forudsige mulige interaktioner mellem individer på genetisk niveau.

Omfattende feltarbejde på Campus Irchel

Forskerne gennemførte i to år storstilede forsøg på UZH's Campus Irchel samt i Japan. For de 199 genotyper af planten Arabidopsis thaliana, som var indsamlet verden over, forelå genomsekvenserne allerede. Forskerne blandede tilfældigt mere end 30 individer af hver af de 199 genotyper og plantede i alt 6.400 individer. »For at tælle 52.707 insekter på 6.400 planter tilbragte den ledende forsker Yasuhiro Sato sommermånederne i forskningshaven på Irchel. Hans enorme datasæt, som kunne indsamles takket være universitetets forskningshave på Campus Irchel, var nøglen til denne undersøgelse«, siger UZH-professor Shimizu.

Hidtil fandtes der ingen analysemetoder til at undersøge vekselvirkningerne på genomniveau – altså i hele arveanlægget – mellem naboplanter. Teamet omkring Dr. Sato udviklede derfor en ny computerbaseret metode: en genomdækkende associationsundersøgelse kaldet »Neighbor GWAS«. Den bygger på en fysisk model, som bruges til at analysere vekselvirkninger mellem magneter. Med den analyserede teamet, hvordan skadedyrsangrebet påvirkes af kombinationen af individer med forskellig genotyp, der står side om side. Samtidig tog forskerne højde for resultaterne fra feltforsøgene.

Reduktion af skadedyr på op til 25 procent

Analysen viste, at talrige gener er involveret i interaktionerne med de omkringstående individer. Ved hjælp af maskinlæring kunne plantevidenskabsfolkene med modellen forudsige skaderne fra planteædere og identificere fordelagtige kombinationer af genotypepar, der har en tilknyttet resistens.

I to år blev der gennemført endnu et stort feltforsøg, hvor omkring 2.000 planteindivider blev plantet parvis med de genotyper, for hvilke der var forudsagt tre niveauer af associativ resistens. Resultaterne fra feltforsøget viste, at blandingen af to genotyper – sammenlignet med plantning af en enkelt genotype – reducerede skaderne fra planteædere med 24,8 procent ved det højeste og 22,7 procent ved det næsthøjeste niveau af associativ resistens.

Fremtidige udviklinger

»Dette studie er en milepæl i forskningen i vekselvirkningerne mellem planteindivider. Det viser, hvor vigtigt biodiversitet er: For det første kan den genetiske mangfoldighed hos selve afgrøderne reducere skadedyrsangreb. For det andet bidrager et mindre pesticidforbrug i landbruget til at bevare den biologiske mangfoldighed, herunder insekterne,« opsummerer Kentaro Shimizu.

Metastudier, som Bernhard Schmid har deltaget i, viser, at der for eksempel hos hvede og ris opnås 4 til 16 procent højere udbytter, når genotyper blandes tilfældigt. Ifølge Shimizu kunne den nye metode takket være de genominformationer, der er tilgængelige for disse afgrøder, optimere udvælgelsen af genotypeblandinger ved at forudsige associerede resistenser og dermed øge udbytterne af disse landbrugsmæssigt vigtige plantearter endnu mere, samtidig med at pesticidforbruget reduceres.