Het domesticeren van planten om te groeien als gewassen kan een tweesnijdende zeis blijken te zijn.

Aan de ene kant, het selecteren van specifieke gewenste eigenschappen, zoals hoge opbrengsten, kan de productiviteit van gewassen verhogen. Maar andere belangrijke eigenschappen, zoals weerstand tegen ongedierte, verloren kan gaan. Dat kan gewassen kwetsbaar maken voor verschillende spanningen, zoals ziekten en plagen, of de gevolgen van klimaatverandering.

Om deze kwetsbaarheden te verminderen, onderzoekers wenden zich vaak tot de wilde verwanten van gewassen. Deze wilde verwanten evolueren verder in de natuur, vaak onder ongunstige omstandigheden. Ze bezitten verschillende bruikbare genen voor gewenste eigenschappen. Deze eigenschappen omvatten een hoge mate van weerstand tegen ziekten en tolerantie voor omgevingsstress.

In een nieuwe studie, wetenschappers melden aanzienlijke vooruitgang bij het overbrengen van ziekte- en stressresistentie-eigenschappen van wilde verwanten van verschillende peulvruchten naar hun gedomesticeerde variëteiten. Dit onderzoek is uitgevoerd bij het International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) in Patancheru, Indië.

Peulvruchten, zoals kikkererwten, duivenerwt, en aardnoot, behoren tot de weinige gewassen die goed groeien in de schaarse regenval en marginale bodems van de semi-aride tropen. Maar ze staan ​​voor grote uitdagingen, zegt Shivali Sharma, hoofdauteur.

"Pulvruchtgewassen worden hard getroffen door ziekten, insectenplagen, droogte, hitte stress, en zoutgehalte, "zegt Sharma. "Ook, semi-aride regio's zijn zeer kwetsbaar voor klimaatverandering." Deze factoren beperken de peulvruchtgewassen.

Er zijn verschillende wilde verwanten van deze gewassen die resistent zijn tegen ziekten en plagen. "Er is een dringende behoefte om deze nuttige genen van wilde verwanten te vinden en te introduceren in cultivars van gewassen, ", zegt Sharma. Dat zou de veerkracht van binnenlandse peulvruchtensoorten verbeteren en de landbouw in deze regio's ondersteunen.

Het kan een grote uitdaging zijn - en vaak onmogelijk - om gedomesticeerde gewassen rechtstreeks te kweken met hun wilde verwanten. Bijvoorbeeld, van de acht wilde eenjarige kikkererwtensoorten, slechts één is gemakkelijk te kruisen met gekweekte kikkererwten en levert vruchtbare nakomelingen op.

evenzo, wilde soorten aardnoten zijn resistent tegen schimmelinfecties. Maar het rechtstreeks kruisen van wilde en gedomesticeerde aardnoten is een uitdaging vanwege verschillen in hoe het DNA in hun cellen is verpakt. Aanvullend, deze soorten kruisen niet goed met cultivars.

De meeste wilde soorten aardnoten zijn diploïde:hun DNA is georganiseerd in twee sets chromosomen per cel, net als bij mensen. Tijdens de reproductie, de ene set komt van de mannelijke ouder en de andere set van de vrouwelijke ouder.

Gedomesticeerde aardnootplanten, anderzijds, zijn tetraploïd. Hun cellen bevatten vier sets chromosomen. De sets chromosomen in elke cel, ploïdie genoemd, maakt het moeilijk om wilde en gedomesticeerde variëteiten van aardnoten rechtstreeks te kruisen.

"Het kost veel tijd en middelen om dergelijke uitdagingen te overwinnen, ", zegt Sharma. "Daardoor zijn fokkers vaak terughoudend om wilde soorten rechtstreeks in fokprogramma's te gebruiken."

Pre-fokprogramma's, zoals die bij ICRISAT, investeren hun tijd en vaardigheden in de verwanten van de wilde gewassen. Sharma en haar collega's kweekten wilde arachidevariëteiten waarvan de cellen vier sets chromosomen hebben. Vervolgens identificeerden ze welke van deze tetraploïde wilde variëteiten ook resistent waren tegen schimmelinfecties. Deze werden vervolgens gekruist met gecultiveerde aardnotenrassen om nieuwe veredelingslijnen te ontwikkelen met goede resistentie en opbrengsten. Plantenveredelaars kunnen deze schimmelresistente lijnen nu direct kruisen met gedomesticeerde aardnoten om nieuwe variëteiten te creëren.

"Gewas wilde verwanten zijn het reservoir van vele nuttige genen en eigenschappen, ", zegt Sharma. "Het is onze verantwoordelijkheid om deze verborgen schat te gebruiken voor toekomstige generaties."

Het is vooral belangrijk in de context van peulvruchten omdat ze een groot aantal voordelen bieden. Bijvoorbeeld, bacteriën in hun wortelknollen trekken waardevolle atmosferische stikstof aan. Dat verhoogt de bodemvruchtbaarheid en vermindert de behoefte aan meststoffen.

Peulvruchten zijn ook van vitaal belang voor de voedselzekerheid in de semi-aride tropen en andere delen van de wereld. Ze zijn een belangrijke bron van eiwitten en micronutriënten. In combinatie met granen, ze zijn een ondersteunend dieet voor mensen over de hele wereld.

En "voorveredelingsprogramma's zijn de eerste stap om de voeding en veerkracht van moderne peulvruchtenrassen te verbeteren, ' zegt Sharma.

Lees meer over dit onderzoek in Gewaswetenschap .