De droogtetolerantie van maïs en de productiviteit van sorghum verbeteren

Door de klimaatverandering neemt het risico op waterschaarste toe, waardoor maïs en sorghum ondanks hun C4-metabolisme te maken krijgen met uitdagingen op het gebied van waterefficiëntie. Maïs verbruikt doorgaans meer irrigatiewater dan sorghum in regio's zoals Frankrijk, maar beide gewassen vertonen een hoge efficiëntie in het watergebruik. Hoewel sorghum vaak als droogtetolerant wordt beschouwd, is de graanvorming ervan gevoelig voor watertekorten, wat het gebruik ervan in droge regio's beperkt. Genetisch onderzoek, waaronder experimenten met genoverdracht, heeft aangetoond dat het mogelijk is de droogtetolerantie te verbeteren, maar er zijn nog maar weinig commerciële rassen beschikbaar. Tolerante genotypen worden momenteel gebruikt in Mexico (maïs), Oost-Afrika (maïs) en India/Australië (sorghum). De droogtetolerantie van maïs is verbeterd door selectie, met name in gematigde streken waar nieuwere rassen hun opbrengsten bij droogte op peil houden zonder dat dit ten koste gaat van de algehele productiviteit. Tropische maïsrassen die door CIMMYT zijn ontwikkeld voor droogtegevoelige gebieden, bieden onbenut potentieel voor aanpassing aan Europese omstandigheden door het gebruik van genetische hulpbronnen van teosinte en Tripsacum. Strategieën voor droogtetolerantie zijn sterk scenario-afhankelijk: het handhaven van het graanaantal kan de opbrengstkwaliteit bij ernstige droogte verminderen, terwijl de voordelen van diepe wortelgroei afhankelijk zijn van de bodemomstandigheden. Er bestaat geen universele oplossing; bij het veredelen moet prioriteit worden gegeven aan contextspecifieke eigenschappen. De reputatie van sorghum als droogtetolerant gewas staat in contrast met de lagere productiviteit in vergelijking met maïs. Het gewas is gevoelig voor watertekorten, met opbrengstverschillen tot 30 q/ha tussen geïrrigeerde en niet-geïrrigeerde gewassen in Frankrijk. De tolerantie kan voortkomen uit een aanhoudende stikstofopname en efficiënte fotosynthese bij wisselende bodemvochtigheid. De ‘stay-green’-eigenschap – het verlengen van de fotosynthetische activiteit na de bloei – is cruciaal voor de droogtebestendigheid. In Europa heeft de veredeling van sorghum zich gericht op hybridisatie via cytoplasmatische mannelijke steriliteit, maar de vooruitgang werd beperkt door gevoeligheid voor de fotoperiode en een beperkt onderzoek naar tropische diversiteit. Het programma van het USDA uit de jaren zestig verminderde de fotoperiodegevoeligheid, maar het productiviteitspotentieel van sorghum kan intrinsiek worden beperkt door de cycluslengte en de ontwikkelingssnelheid van de pluimen. Het herverdelen van fotosyntheseproducten of het optimaliseren van groeifasen zou de opbrengsten kunnen verhogen zonder de cycli te verlengen. Onderzoek naar de droogtetolerantie van maïs heeft belangrijke genetische mechanismen en QTL’s aan het licht gebracht, die nu in veredelingsprogramma’s zijn geïntegreerd. Marker-ondersteunde selectie (MAS) en studies naar de B-subeenheid van de nucleaire factor Y (NF-Y) zijn gericht op het verbeteren van de voederkwaliteit en de droogtebestendigheid van sorghum. Vergelijkende genetische kartering tussen maïs en sorghum heeft gedupliceerde chromosoomsegmenten aan het licht gebracht, wat inzichten over de grenzen van soorten heen mogelijk maakt. Hoewel er duidelijk vooruitgang is geboekt, blijft er nog veel ruimte voor het verbeteren van de droogtetolerantie door middel van scenario-specifieke veredeling, genetische modellering en het benutten van tropische diversiteit. Deze inspanningen zijn erop gericht de landbouwproductiviteit op peil te houden te midden van toenemende waterschaarste.