Resistenza poligenica

Resistenza poligenica

La discussione che fin qui si e' articolata ha tratto fondamento da una ipotesi basilare: la monogenicita' della resistenza. La situazione cosi' configurata ha indubbiamente un riscontro reale ma sono abbastanza ben conosciuti anche casi di resistenza poligenica. E' inoltre da prevedere una frequenza superiore rispetto ai casi riscontrati per il numero elevato di geni maggiori nel patrimonio genetico degli Artropodi. La resistenza determinata poligenicamente va studiata secondo gli approcci propri della genetica quantitativa. Pertanto, ogni parametro messo in relazione al patrimonio genetico si esprime sempre con una curva continua contro le tre distinte curve derivanti da un sistema monogenico a dominanza intermedia (Fig. 9).

Fig. 9- Comparazione di curve dose-mortalita' (A,B) e distribuzioni di tolleranza (C,D) per la resistenza ai pesticidi su base monogenica e poligenica (adattato da Via e Lande, 1985)

La curva continua dose-mortalita' e' legata alla combinazione di fattori ambientali e genetici. I caratteri poligenici sono anche detti caratteri continui per la impossibilita' di distinguere classi fenotipiche. La varianza fenotipica (V) si compone del contributo genetico (V<) e del contributo ambientale (VE). Tali componenti sono additive, per cui:

VP= VA+VE                                              (11)
La scissione delle fonti di variabilita' e' il passo preliminare per l'analisi di varianza, secondo la teoria sviluppata da R.A. Fisher (1918). Contrariamente alle curve cumulative le funzioni continue esprimono delle frequenze. Una distribuzione normale di tolleranza mostra la tendenza della popolazione nei confronti della tolleranza e lascia individuare come la tendenza centrale sia data dagli individui con medio grado di tolleranza. Variazioni nella tolleranza nei casi uni- locus sono ascrivibili interamente a fattori ambientali. Nel caso poligenico e' da prevedere il contributo genetico. La selezione a mezzo di pesticida tende a spostare la LD50 verso valori piu' alti. La dinamica evolutiva viene riassunta nella (12):
VA ÆLD50= ____  s                                                      (12), 
in cui:     VP

La (12) definisce una proporzionalita' diretta tra resistenza e: 	
ella tolleranza; ‰„ intensita' di selezione. La equazione (12),
pur nella sua validita', appare limitata in quanto  non mette in evidenza gli
effetti che modificazioni subite da un  carattere (nella fattispecie
"resistenza ai fitofarmaci") possono  produrre su altri caratteri. Inoltre non
tiene conto della possibilita'  (tutt'altro che infrequente) delle popolazioni
di evolvere resistenza a  due o piu' fitofarmaci. Circa il primo aspetto va
sottolineato come,  usualmente, molti caratteri aventi la stessa base genetica
vengano  coinvolti simultaneamente nella resistenza. Quando una modificazione 
coinvolge piu' caratteri, gli stessi possono avere effetti correlati. La 
selezione operata su fertilita' e fecondita', ad es., e' correlata con la 
selezione di resistenza ai pesticidi. Le correlazioni genetiche  influenzano il
corso dell'evoluzione. Si viene a verificare il cosidetto  "responso correlato
alla selezione", legato a cambiamenti evolutivi nel  fenotipo che, non
necessariamente, vanno verso situazioni adattative  per tutti i caratteri.  Non
potendo, i caratteri correlati, evolvere indipendentemente, la  correlazione
puo' influenzare l'evoluzione di un intero fenotipo e puo'  causare il cattivo
adattamento ("maladaptation") di alcuni caratteri.  Questo aspetto assume una
significativa importanza in termini  biologico-evolutivi in quanto in grado di
ritardare, almeno  temporaneamente, l'evoluzione delle popolazioni. Riguardo
allo sviluppo di forme di resistenza verso piu' principii  attivi, si possono,
per maggiore semplicita', ricondurre le considerazioni  al caso di due
pesticidi. La resistenza all'uno ed all'altro prodotto sono  interpretabili
come due caratteri, di cui si intende ricercare la  eventuale correlazione. Se,
ad es., due enzimi (o due differenti locus)  sono necessari per detossificare i
due composti, la correlazione e' da  immaginare bassa.

Supponendo di trattare due areali adiacenti con due differenti  composti, il
modello di selezione piu' valido e' il seguente:

ŸŸŸResponso diretto   +   Responso correlato

ÆLD50(1)= ŸŸŸŸŸŸ[qÙ1/Ù]G11P11-1s1+ [(1-q)Ù2/Ù]G1222-1s2
                                                                             
(13),  in cui:  

ÆLD50(2)= [(1-q)Ù2/Ù]G22P22-1s2+ [qÙ1/Ù]G21P11-1s1

q: % di individui in uno dei due areali trattati; la % nell'altro areale e', 
pertanto, 1-q; Ù1, Ù2: "fitness" media nei due areali; Ù: "fitness" totale
(qÙ1+ (1-q)Ù2); G11, G22: varianza genetica additiva relativa alla tolleranza;
G12: covarianza genetica additiva relativa alla tolleranza; P11-1s1, P22-1s2:
intensita' della selezione in relazione alla tolleranza  per quel determinato
principio attivo. 

Il contributo che da ogni areale trattato viene dato al "pool" di  incroci dopo
la selezione e' proporzionale sia a q (o ad 	1-q) che alla  relativa
"fitness" media (Ù1, Ù2) degli individui selezionati. La "fitness"  media di
ogni subpopolazione viene considerata proporzionale al suo  contributo sul
totale della popolazione (Ù1/Ù,  Ù2/Ù). La (13) si compone di due responsi, il
diretto ed il correlato. Il  responso dire    due
elementi: 1) incremento della tolleranza al pesticida (P11-1s1, P22-1s2); 2)
varianza genetica di tolleranza a quel pesticida (G11, G22) Al responso
correlato contribuiscono: 1) fattore di ponderazione (qÙ1/Ù , (1-q)Ù2/Ù). 2)
covarianza genetica additiva; 3) incremento della tolleranza allÕaltro
pesticida (P22-1s2 ,  P11-1s1) La (13) inoltre indica che incidenza e segno
della covarianza circa le  tolleranze a differenti pesticidi possono
influenzare la tolleranza ad  ogni singolo prodotto. Con covarianza G12
negativa e specie in presenza  di differenziali di selezione (s1, s2) molto
positivi, l'incremento di  tolleranza al pesticida 1 viene ad essere minore
rispetto al caso in cui  G12 fosse positiva. Lo stesso vale per il pesticida 2
qualora la  covarianza G21 fosse negativa. Una siffatta situazione comporta
ritardi  nel processo di selezione della resistenza ai due composti. Lo stesso 
principio viene invocato nei casi riscontrati di resistenza incrociata 
negativa, legata a singoli locus.  Tuttavia, una correlazione genetica negativa
nei confronti della  tolleranza non e' richiesta in assoluto affinche' si
verifichi un cattivo  adattamento ad uno dei composti.  Si puo' immaginare una
popolazione che esprima una tolleranza  bassa ad ambedue i composti dei quali
uno e' presente in misura  maggiore (ad es. per il 70%). In caso di correlazione
genetica positiva,  l'evoluzione della resistenza verrebbe ad interessare
entrambi i  prodotti (Fig. 10) ma, se tale correlazione fosse bassa, la
resistenza  verso il composto piu' raro sarebbe lenta a comparire. La
popolazione,  infatti, "sperimenta" per lo piu' il composto piu' comune
nell'ambiente.  Per correlazioni genetiche fortemente negative, la Fig. 10
illustra che la  tolleranza al composto raro puo' realmente diminuire,
parallelamente  all'evoluzione della resistenza al composto diffuso.
 
                             
Fig. 10- Traiettorie attese di evoluzione della resistenza in  popolazioni con
differenti correlazioni genetiche additive circa la  tolleranza a due pesticidi
di cui uno presente per il 70%. L'optimum di  tolleranza si raggiunge nel punto
di convergenza della maggior parte  delle traiettorie (adattato da Via e Lande,
1985). 

Un altro caso che frequentemente si presenta e' quello dell'impiego  di un nuovo
prodotto in unione con un composto a cui la popolazione  ha gia' acquisito
resistenza. Fornendo i due prodotti in egual misura si  nota (Fig. 11) come la
evoluzione guidi ad un cattivo adattamento sia  con correlazione altamenta
positiva che altamenta negativa  (diminuzione della tolleranza al vecchio
pesticida).

           
Fig. 11- Traiettorie attese di evoluzione quando la resistenza e' alta  per un
composto ed un secondo viene somministrato in unione al  primo. L'optimum di
tolleranza si raggiunge nel punto di convergenza  della maggior parte dele
traiettorie (adattato da Via e Lande, 1985). 

In questo caso l'optimum di tolleranza si verifica per valori  intermedi della
correlazione. Una correlazione fortemente positiva  porta ad uno scivolamento
della tolleranza al vecchio prodotto oltre  l'optimum, con corrispondente
decremento della "fitness". Con  l'abbassamento della "fitness" sono da
attendersi riduzioni nel grado di  resistenza, nella dimensione della
popolazione e nello sviluppo. Questo esempio mostra come l'uso di due pesticidi
in combinazione  possa produrre un cattivo adattamento ad uno dei due. La 
miscelazione di piu' principii attivi rappresenta infatti un modo efficace  di
riduzione della resistenza. Il progresso della resistenza puo' essere 
fortemente ritardato anche alternando i podotti e le rispettive quantita'  (il
composto inizialmente piu' raro si rende il piu' comune dopo alcuni  anni). Un
altro accorgimento tendente a ritardare l'evoluzione della  resistenza puo'
essere il trattamento delle popolazioni con un composto  nuovo dopo che gli
individui siano gia' stati selezionati per la resistenza  ad altri prodotti. Ma
l'efficienza di questa tecnica e' subordinata ad una  correlazione genetica
negativa circa la tolleranza ai vari prodotti.    Nell'impiegare piu' di due
principii attivi in una data area si allarga  la matrice delle correlazioni di
tolleranza potenzialmente antagoniste.  L'evoluzione della resistenza puo',
cos“, essere ritardata a lungo. Questa  affermazione, tuttavia, non sempre
mantiene la sua validita'. Infatti  potrebbe evolvere resistenza a molti dei
composti impiegati; inoltre, se  la popolazione avesse gia' subito esposizione a
pesticidi, la tecnica  potrebbe produrre un incremento dell'intensita' di
selezione. Questi semplici modelli di genetica quantitativa sono soltanto un 
primo passo verso un approccio evolutivo piu' completo al problema. Il  "pest"
va sempre considerato come un organismo in evoluzione che  tende al massimo
adattamento, non soltanto ai composti tossici ma  anche, ad esempio, a varieta'
resistenti di piante. L'evoluzione si esplica  in virtu' di variazioni genetiche
ereditabili e la selezione opera per  effetto dei fattori ambientali.
L'agroevoluzione differisce  dall'evoluzione naturale in quanto l'uomo impone
la selezione  attraverso le proprie strategie.  L'applicabilita' di particolari
modelli alle condizioni naturali  rappresenta un aspetto critico. Varianze e
covarianze genetiche sono  praticamente sconosciute. Si puo' risalire ad esse
tramite stime di  laboratorio condotte tra famiglie ed entro famiglie di
determinate  popolazioni. Ma anche altri fattori andrebbero stimati, come
l'intensita'  della selezione attribuibile a diversi composti, l'incidenza delle 
migrazioni fra gruppi di individui assoggettati all'azione di differenti 
pesticidi, la funzione di distribuzione delle "fitness" (esponenziale o 
gaussiana?). Gli aspetti empirici e teorici del problema dovrebbero pertanto 
essere studiati parallelamente onde pervenire ad una completa  comprensione dei
meccanismi che governano il processo evolutivo di  acquisizione della
resistenza e ad un perfezionamento delle strategie  perseguibili per ritardare
la loro affermazione.