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Genetic diversity and disease resistance: some considerations for research, breeding, and deployment

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Abstract:

Fungal pathogens present a complex challenge for genetic management of forest trees. The need is for disease resistance that withstands mutations and genetic shifts in pathogens. Also desirable are defences against new and dangerous pathogens. An understanding of how hosts and pathogens can continue to coexist should help. Experience from agriculture has allowed modelling of pathosystems, the genetic variations within hosts and pathogens that permit coexistence. While it is impractical to construct a comprehensive model, two phenomena seem generally conducive to stability: a cost of "virulence" in pathogen fitness and a multiplicity of host resistance mechanisms. However, other factors, notably indirect costs of resistance, are very difficult to model. Overall, the diversity of behaviour of models, of the nature of resistance and virulence genes, and of biology of both hosts and pathogens precludes any unique formula for stability. For current crops, genetic diversity offers risk spread for susceptibility to a new and serious pathogen or pathotype. For longer-term breeding, relatively rare resistance may be useful, but pedigreed breeding populations typically entail very finite population sizes. Providing for selecting within improved production populations may therefore be needed. This would give breeders technical challenges, and give forest managers opportunity costs and major logistical challenges.

Les champignons pathogènes représentent un défi complexe pour l'amélioration génétique des essences forestières. Il faut en effet obtenir une résistance aux maladies à l'abri des mutations et des variations génétiques chez les agents pathogènes. Des défenses contre des agents pathogènes nouveaux et dangereux sont également souhaitables. Une compréhension de la façon dont les agents pathogènes et leurs hôtes continuent à coexister est également indiquée. L'expérience acquise en agriculture a permis de modéliser des pathosystèmes, ainsi que les variations génétiques chez l'hôte et l'agent pathogène qui permettent leur coexistence. Bien que la construction d'un modèle complet s'avère impossible, deux phénomènes semblent généralement favoriser la stabilité : le coût que représente la «virulence» pour le bien-être de l'agent pathogène et la multiplicité des mécanismes de défense chez l'hôte. D'autres facteurs, notamment les coûts indirects de la résistance, sont cependant très difficiles à modéliser. Globalement, la diversité dans le comportement des modèles, dans la nature des gènes de résistance ou de virulence, de même que dans la biologie des hôtes et de leurs pathogènes empêchent de développer une formule unique pour assurer la stabilité. Dans le cas des cultures déjà en place, la diversité génétique permet de répartir le risque de susceptibilité à un agent pathogène ou à un pathotype nouveau et dangereux. Dans une perspective d'amélioration à plus long terme, une résistance relativement rare peut être utile mais des populations d'amélioration à pedigree nécessitent des populations dont la taille est très limitée. Il faudra donc probablement avoir recours à une sélection au sein de populations de production améliorées. Ceci imposera des défis techniques aux responsables de l'amélioration, ainsi que des coûts d'option et des contraintes logistiques majeures aux aménagistes forestiers.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2001

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  • Published since 1971, this monthly journal features articles, reviews, notes and commentaries on all aspects of forest science, including biometrics and mensuration, conservation, disturbance, ecology, economics, entomology, fire, genetics, management, operations, pathology, physiology, policy, remote sensing, social science, soil, silviculture, wildlife and wood science, contributed by internationally respected scientists. It also publishes special issues dedicated to a topic of current interest.
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