Cooperation in science : the role of scientific collaboration in the study of diseases in wheat and potato crops

Abstract

Plant diseases can cause heavy losses and pose a real risk to global food security. To meet this challenge, cooperation among agribusiness stakeholders is fundamental. Thus, this thesis aims to measure and analyze the role of cooperation - scientific collaboration - in the management of diseases in plants, specially wheat and potato. Therefore, three studies are presented on this theme. The first study aims to characterize and study the functioning of some agricultural research networks that monitor pathogens, develop and distribute disease resistant cultivars, and sequence wheat and potato genomes. In it, it is also discussed how some pathogens may threaten the stability of wheat and potato production in the world, especially the fungus Puccinia graminis f. sp. tritici, that causes stem rust in wheat, and the oomycete Phytophthora infestans, that causes late blight in potato. Different institutions, such as consortia, research centers and established institutions are considered to illustrate their involvement in networks and to discuss their activities. The second article seeks to measure scientific collaboration in publications available in Web of Science through co-authorship analysis. The objective was to map countries that collaborate scientifically in the area of food security. We considered articles published in the period from 1996 to 2016 and the results were analyzed using VOSviewer software. The third article seeks to map the germplasm exchanges conducted by potato breeding programs in the world to measure collaboration between countries. In this article, information was only used on the potato. Cultivars of potato resistant to late blight were selected based on two databases, a European - European Cultivated Potato Database (ECPD) - and another Brazilian - Embrapa 's Potato Cultivars Catalog 2015. The construction of maps, charts and procedures was made in the Microsoft Excel, in the Tableau 10.1 and with RTBMaps version 1.0 software. Salton's measure was used for data normalization. The results suggest that collaborative research conducted by networks can be more beneficial than individual research by avoiding overlapping studies, saving time and resources, and also connecting dispersed researchers. The continuity of agricultural development in developing countries, the lower cost of coordinated research and the investment in genetic improvement as a complementary tool to chemical control are also arguments that justify the benefits brought by these networks. Among the publications, the term "gene" was the one that predominated in the analysis of the density of terms. The authors of biotechnology, genetics, plant breeding and the development of resistant biotypes are those who collaborate most, as well as those with the largest number of publications, reaffirming the importance of breeding and cooperation for food security. In the germplasm exchange, Peru and Mexico have already been targets of numerous international expeditions - especially European countries - for the collection of materials. Still, most countries have connections with themselves higher than other countries, reinforcing the idea that national breeding programs work more closely with one another than with other countries. Germany and the Netherlands stand out against the other countries in relation to the number of resistant cultivars. Both also have the largest number of mutual collaboration, signaling the occurrence of bilateral agreements. India and China, despite being the world's largest potato producers, do not research on the crop. Overall, this study contributes to the identification of "who collaborates with whom" and confirms the importance of "working together" in solving collective challenges such as plant disease management. Together, the three articles show that cooperation plays a significant role in the genetic improvement of plants, being the essence of the networks, being prominent in publications in the area of genetic improvement and also for having a central role in the development of cultivars resistant to diseases. Thus, its implications make it possible to understand cooperation as a fundamental approach to the mitigation of plant diseases and the risks of global food insecurity.

As doenças em plantas podem causar grandes perdas e representar um risco real para a segurança alimentar mundial. Para enfrentar esse desafio, a cooperação entre stakeholders do agronegócio é fundamental. Sendo assim, esta tese tem como proposta mensurar e analisar o papel da cooperação – colaboração científica – no manejo de doenças em plantas, especialmente no trigo e na batata. Para tanto, são apresentados três estudos que abordam tal temática. O primeiro estudo se propõe a caracterizar e estudar o funcionamento de algumas redes de pesquisa agrícola que monitoram patógenos, desenvolvem e distribuem cultivares resistentes a doenças e sequenciam o genoma do trigo e da batata. Nele, discute-se também como alguns patógenos podem ameaçar a estabilidade da produção de trigo e batata no mundo, especialmente o fungo Puccinia graminis f. sp. tritici, causador da ferrugem-do-colmo no trigo e o oomiceto Phytophthora infestans, causador da requeima na batata. Diferentes instituições como consórcios, centros de pesquisa e instituições estabelecidas são consideradas para ilustrar seu envolvimento em redes e para discutir suas atividades. O segundo artigo busca mensurar a colaboração científica nas publicações disponíveis na Web of Science por meio da análise de coautoria. O objetivo foi mapear os países que colaboram cientificamente na área de segurança alimentar. Foram considerados artigos publicados no período de 1996 a 2016 e os resultados analisados com o software VOSviewer. O terceiro artigo busca mapear os intercâmbios de germoplasma realizados pelos programas de melhoramento de batata no mundo para medir a colaboração entre países. Neste artigo, foram utilizadas informações somente sobre a batata. Cultivares de batata resistentes à requeima foram selecionadas com base em duas bases de dados, uma europeia – European Cultivated Potato Database (ECPD) - e outra brasileira - Catálogo de Cultivares da Batata da Embrapa 2015. A construção dos mapas, dos gráficos e os procedimentos de cálculo foram feitos no Microsoft Excel, no Tableau 10.1 e com o software RTBMaps. O Cosseno de Salton foi utilizado para normalização dos dados. Os resultados sugerem que pesquisa colaborativa conduzida pelas redes traz mais benefícios do que a pesquisa individual ao evitar a sobreposição de estudos, economizar tempo e recursos e também conectar pesquisadores geograficamente dispersos. A continuidade do desenvolvimento agrícola nos países em desenvolvimento, o menor custo de pesquisa coordenada e o investimento em melhoramento genético como ferramenta complementar ao controle químico também são argumentos que justificam os benefícios trazidos por essas redes. Entre as publicações, o termo “gene” foi o que predominou na análise da densidade de termos. Os autores das áreas de biotecnologia, genética, reprodução de plantas e desenvolvimento de biótipos resistentes são os que mais colaboram e também os que têm maior número de publicações, reafirmando a importância do melhoramento e da cooperação para a segurança alimentar. Nas trocas de germoplasma, o Peru e o México já foram alvos de inúmeras expedições internacionais – especialmente dos países europeus - para coleta de materiais. Ainda assim, a maioria dos países tem ligações consigo mesmos maiores do que com outros países, reforçando a ideia de que os programas de melhoramento nacionais colaboram mais entre si do que com de outros países. Alemanha e Holanda se destacam frente aos demais países com relação à quantidade de cultivares resistentes. Ambos apresentam também o maior número de colaborações mútuas, sinalizando a ocorrência de acordos bilaterais. Já Índia e China, apesar de serem os maiores produtores mundiais de batata, pouco pesquisam sobre o tubérculo. De maneira geral, este estudo contribui para a identificação de “quem colabora com quem” e corrobora a importância do “trabalho conjunto” na solução de desafios coletivos, como o manejo de doenças em plantas. Juntos, os três artigos demonstram que a cooperação tem papel relevante no melhoramento genético de plantas, por ser a essência das redes, ser destaque nas publicações da área do melhoramento genético e também por ter papel central no desenvolvimento de cultivares resistentes a doenças. Assim, suas implicações tornam possível entender a cooperação enquanto abordagem fundamental para a mitigação de doenças em plantas e dos riscos de insegurança alimentar mundial.