Krankheitsmanagement bei Mais

Cercosporiose, Polysora-Rost, tropischer Rost, weiße Flecken, rote und blasse Stunts, Stängelfäule, verbrannte Körner, Blattanthracnose und Diplodia-Blattflecken gehören zu den Herausforderungen, die Maiskulturen betreffen. Genetische Resistenz spielt eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung dieser Krankheitserreger, die auch andere agronomische Praktiken umfassen muss, wie die Verwendung von mit Fungiziden behandeltem Saatgut, Fruchtwechsel mit nicht anfälligen Pflanzen, ausgewogene Düngung und Ernte zum richtigen Zeitpunkt.

Da Mais hauptsächlich für die Getreideproduktion verwendet wird, besteht das Hauptziel von Züchtungsprogrammen darin, die Produktivität zu steigern. In diesem Zusammenhang sind einfache Hybriden, die aus Kreuzungen zweier komplementärer Sorten entstanden sind, das wichtigste kommerzielle Produkt von Saatgutunternehmen, da dieser Sortentyp das größte Produktionspotenzial unter allen Sortentypen aufweist und aufgrund der Einheitlichkeit des Anbaus eine einfache Bewirtschaftung ermöglicht , die von Technologieherstellern stark nachgefragt wird. Doch neben der Produktivität müssen neue Hybriden auch wichtige agronomische Eigenschaften aufweisen, wie etwa ausreichende Größe, Krankheitsresistenz, Widerstandsfähigkeit gegen Ablagerungen und Bruch sowie eine aufrechtere Blattarchitektur für eine größere Pflanzdichte. Daher ist es wichtig, im Prozess der Entwicklung von Elternlinien überlegene Pflanzen auszuwählen, da diese Allele tragen, die die genetischen Eigenschaften ihrer Hybriden beeinflussen, und Elitelinien daher den Hauptvorteil eines Zuchtprogramms darstellen.

Jede Kulturpflanze ist seit ihrer Einführung Stress ausgesetzt, wobei Krankheiten eine der Hauptursachen für den Verlust des Maisproduktionspotenzials und auch der Qualität der geernteten Körner sind. In vielen Fällen ist das Auftreten von Krankheiten jedoch mit agronomischen Praktiken verbunden, die einerseits für eine höhere Effizienz der Produktionssysteme sorgen, wie z. B. der Anbau in verschiedenen Jahreszeiten (Ernte und Nebensaison), die Ausweitung der landwirtschaftlichen Grenzen und das Fehlen von Krankheiten B. der Fruchtfolge (Vereinfachung des Produktionssystems durch die Soja-Mais-Sukzession), der Direktsaat (die den Erhalt von Ernterückständen auf der Bodenoberfläche fördert), der Nutzung von Bewässerung, der Anpflanzung mit hoher Bevölkerungsdichte usw. Es ist bekannt, dass diese Praktiken zu einer Steigerung der Maisproduktivität und -produktion in Brasilien geführt haben. Sie begünstigen jedoch wichtige Veränderungen in der Populationsdynamik von Krankheitserregern, was zu einem Anstieg der Häufigkeit und Schwere von Krankheiten führt, die die Ernte befallen.

Mehrere Arten von Mikroorganismen können für Maiskulturen pathogen sein, wie z. B. Pilze, Bakterien, Weichtiere, Viren und Nematoden, die verschiedene Organe der Pflanze befallen und Blattkrankheiten, Stängel- und Wurzelfäule, Ähren- und Getreidefäule sowie systemische Erkrankungen verursachen können. 

Damit sich eine Krankheit in hoher Schwere manifestiert, ist das zeitliche und räumliche Auftreten von drei Grundkomponenten erforderlich: der anfällige Wirt (anfällig für Infektionen), der virulente Erreger (der in der Lage ist, den Wirt zu infizieren und Stoffwechselstörungen zu verursachen). ) und das günstige Umfeld (hier sind auch Managementfaktoren zu berücksichtigen). Das Fehlen eines dieser Faktoren verhindert, dass sich die Krankheit im Feld manifestiert. Daher ist die Entwicklung resistenter Sorten Teil der Routine von Züchtungsprogrammen, da ihre Verwendung eine der am meisten empfohlenen Methoden zur Krankheitsbekämpfung ist, da sie den Erzeugern keine zusätzlichen Kosten verursacht, keine Auswirkungen auf die Umwelt hat und mit anderen Strategien kompatibel ist . des Managements. 

Solange die Reaktion verschiedener Sorten auf eine Krankheit unterschiedlich ist, hat die Resistenz eine genetische Grundlage, die von Züchtungsprogrammen für die Entwicklung überlegener Sorten vorteilhaft genutzt werden kann. Häufig wird die Reaktion auf eine Infektion durch pflanzliche Abwehrgene (R) induziert, die bei Erkennung der Gewebeinvasion durch den Krankheitserreger eine Interaktion mit den Avirulenzgenprodukten des Krankheitserregers (Avr) fördern. Es gibt zwei grundlegende Formen der Resistenz: die Hemmung der Infektion und die Hemmung der Entwicklung von Krankheitserregern. Da Resistenz eine Reaktion auf einen Krankheitserreger ist, kann sie auf verschiedenen Ebenen zum Ausdruck kommen. Daher werden im Allgemeinen Referenzskalen verwendet, um die Resistenz oder Anfälligkeit von Sorten zu definieren. 

Im Allgemeinen kann die genetische Resistenz gegen Krankheiten in zwei Haupttypen eingeteilt werden: vertikal oder horizontal, basierend auf dem epidemiologischen Status und der Resistenzstabilität.

Vertikaler Widerstand wird auch als rassenspezifischer oder nicht dauerhafter Widerstand bezeichnet. Es wird durch ein oder mehrere Gene mit größerer Wirkung bedingt und ist für bestimmte Rassen eines bestimmten Krankheitserregers wirksam (nicht für die pathogene Spezies im Allgemeinen). Es verfügt über eine einfache Vererbung, typischerweise qualitativ, wobei klar definierte Klassen beobachtet werden: vollständig resistent oder vollständig anfällig. Eine der häufigsten Formen ist die Beobachtung von Überempfindlichkeitssymptomen, die zum Absterben von Wirtszellen in der Nähe des Infektionsherdes des Erregers führen und so die Ausbreitung der Krankheit verhindern.

Die horizontale Resistenz wiederum wird durch viele Gene mit geringer Wirkung bedingt und ist daher polygen oder quantitativ vererbt. Sie wird auch als dauerhafte Resistenz oder partielle Resistenz bezeichnet, ohne unterschiedliche Reaktion auf Rassen (oder Isolate) des Erregers in verschiedenen Sorten und wirkt gegen alle Genotypen (Rassen, Pathotypen oder Isolate) einer pathogenen Spezies ohne Wechselwirkung zwischen Sorte und Isolat. Bei einer Infektion können Pflanzen mit größerer horizontaler Resistenz im Vergleich zu Pflanzen mit geringer Resistenz die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Krankheitserregers verringern und seine Reproduktionsrate verringern.

Die Entwicklung von Sorten mit horizontaler Resistenz stellt eine größere Herausforderung dar, da die Häufigkeit vieler günstiger Allele von Genorten mit geringer Wirkung erhöht werden muss. Im Falle vertikaler Resistenz reicht ein einfaches Rückkreuzungsprogramm aus, um die gewünschte Eigenschaft in Elitelinien und wiederum in von diesen Linien abgeleiteten Hybriden zu etablieren. Allerdings können neue Rassen des Erregers die vertikale Resistenz überwinden, wodurch die Sorte anfällig für die Krankheit wird. Trotz der größeren Schwierigkeit, Sorten mit horizontaler Resistenz zu erhalten, ist dies daher langlebiger, da der Krankheitserreger (oder verschiedene Rassen) mehrere Gene in der resistenten Wirtspflanze ersetzen müssten, damit sich die Krankheit mit hoher Intensität manifestiert.

Im Maisanbau kommt die durch dominante Allele bedingte Resistenzreaktion häufiger vor. Auch horizontale Resistenzen treten häufiger auf, mit einigen Ausnahmen, über die in der Literatur berichtet wird, wie zum Beispiel bei Turcicum-Flecken und Gewöhnlichem Rost, bei denen die Resistenz vorwiegend auf qualitativer Vererbung beruht.

Phänotypisierungsmethoden zur Identifizierung krankheitsresistenter Genotypen können äußerst vielfältig sein, können jedoch allgemein als Feldtests, Gewächshaustests und In-vitro-Tests zusammengefasst werden. Im Allgemeinen wird eine künstliche Impfung empfohlen, um Fehler aufgrund räumlicher Variabilität oder Flucht zu minimieren. Feldversuche mit natürlichem Inokulum können in Regionen und Zeiten, in denen Krankheiten mit hoher Inzidenz und Schwere auftreten, gute Ergebnisse liefern.

Für die Entwicklung resistenter Sorten ist neben dem Wissen über die Variabilität der Resistenzarten (vertikal oder horizontal) auch die Kenntnis der Art der vorherrschenden Genwirkung (additiv oder dominant) und der Frage erforderlich, ob es Unterschiede im Muster gibt Vererbung, wenn mit unterschiedlichen genetischen Hintergründen im Keimplasma gearbeitet wird, das den Züchtern zur Verfügung steht.

Zu den wichtigsten Maiskrankheiten in Brasilien zählen: Cercosporiose, Polysorarost, Tropenrost, Weißfleckenkrankheit, roter und blasser Verkümmerung, Stängelfäule und verbrannte Körner. Darüber hinaus gewinnen einige Krankheiten wie Blattanthraknose und Diplodia-Blattfleckenkrankheit zunehmend an Bedeutung.

Es gibt eine umfangreiche Literatur, die über Vererbungsmuster, das Vorhandensein von Resistenzgenen (R) im Zusammenhang mit bestimmten Krankheitserregerrassen und das Vorhandensein von QTLs (quantitative trait loci), die die polygene Vererbung beeinflussen, für die meisten Krankheiten von wirtschaftlicher Bedeutung in Maiskulturen berichtet aufgedeckt von Wisser et al. (2006). Diese Informationen sind sehr nützlich für die Gestaltung von Auswahl- und Entwicklungsplänen für hochwertige Sorten in Züchtungsprogrammen.

Molekularbiologische Instrumente wie QTL-Kartierung und Assoziationskartierung waren auch sehr nützlich für ein besseres Verständnis der Vererbung genetischer Resistenz gegen verschiedene Maiskrankheiten und haben zur Identifizierung molekularer Marker beigetragen, die mit günstigen Allelen von Resistenzgenen in Mais verbunden sind. nützlich für markergestützte Auswahl. Auch andere Methoden auf dem Gebiet der Biotechnologie haben ein hohes Potenzial, bei der Gewinnung krankheitsresistenterer Sorten zu helfen, wie z. B. eine breite genomische Selektion (hauptsächlich für quantitativ vererbte Resistenz), Transgene, RNAi (Expression kleiner doppelsträngiger RNA-Moleküle, die zum Schweigen bringen können). erregerspezifische Gene) und Geneditierung (über das CRISPR-System).

Aufgrund der Dynamik der Produktionssysteme und des großen Selektionsdrucks auf Krankheitserregerrassen ist klar, dass neben anderen interessierenden Merkmalen ein Bedarf an Introgression (oder Erhöhung der Häufigkeit) von Krankheitsresistenzgenen in neuen Elitelinien besteht. Darüber hinaus können als sekundär betrachtete Krankheiten an Bedeutung gewinnen und Krankheitserreger, die in einem Gebiet nicht vorkommen (z. B. Quarantänekrankheiten), können eingeschleppt werden und tiefgreifende Veränderungen in den Produktionssystemen verursachen, in denen Mais angebaut wird. Daher ist es äußerst wichtig, dass Maiszüchtungsprogramme weiterhin Anstrengungen zur Entwicklung von Sorten mit genetischer Resistenz gegen die Hauptkrankheiten unternehmen, um wirtschaftliche Verluste und Gefährdungen der Ernährungssicherheit im Zusammenhang mit dem Maisanbau zu vermeiden. 

Neben der Einführung von Sorten mit genetischer Resistenz gegen die wichtigsten Krankheiten, die in verschiedenen Regionen und Vegetationsperioden auftreten, müssen die Erzeuger auch auf andere agronomische Praktiken achten, die zu einer größeren Wirksamkeit bei der Krankheitsbekämpfung beitragen, wie z. B. die Verwendung von mit Fungiziden behandeltem Saatgut, Rotation mit nicht anfällige Kulturen und Sortenwechsel in verschiedenen Ernten, ausgewogene Düngung, ausreichender Bestand, Schädlings- und invasive Bekämpfung und Ernte zum richtigen Zeitpunkt.

Lauro José Moreira Guimarães, Rodrigo Veras da Costa, Embrapa Milho e Sorgo

Artikel veröffentlicht in Ausgabe 211 von Cultivar Grandes Culturas.