Bestrijding van de aardappelziekte Phytophthora infestans kost wereldwijd inzet van veel gewasbeschermingsmiddelen. Om te komen tot een duurzamere teelt, is meer inzicht nodig in de verdedigingsmechanismes van aardappelplanten. Wageningse onderzoekers hebben daarin samen met collega’s in Tübingen en Norwich een belangrijke stap gezet en haalden met hun onderzoek het gerenommeerde wetenschapsblad Science.
“Er is een voortdurende ‘wapenwedloop’ gaande tussen de aardappelplant en Phytophthora”, vertelt Vivianne Vleeshouwers, veredelingsonderzoeker bij Wageningen University & Research. De plant verdedigt zich met hand en tand: zodra de schimmel (eigenlijk een oömyceet) binnendringt, start de plant een aantal afweerreacties, bijvoorbeeld gecontroleerd een stukje blad laten afsterven om de opmars van de ziekte te stoppen. Phytophthora weet die afweer echter keer op keer te omzeilen door mutaties.
Herkenning van Phytophthora
Stap één in de natuurlijke afweermechanismes tegen Phytophthora is dat de plant de ziekteverwekker moet herkennen. “Daarvoor heeft hij receptoren – een soort antennes. Die binden kleine stukjes eiwit van Phytophthora en dat is het signaal dat het mis is. Vervolgens komen de afweerreacties op gang. Dat vergt dus dat de plant inderdaad de ziekte ontdekt en de juiste antennes (receptoren) in huis heeft voor vervolgacties”, vertelt Vleeshouwers.
Zulke receptoren zitten in de cel of aan de buitenkant van de cel. De receptoren in de cel zijn gecodeerd door specifieke R-genen (R staat voor resistentie) en veredelaars maken daar gebruik van. Ze ontwikkelen resistente rassen door te selecteren op deze R-genen. Probleem is echter dat de schimmel die resistenties keer op keer weet te doorbreken. “Over de receptoren aan de buitenkant op het celoppervlak – zogenaamde PRR-receptoren – is veel minder bekend. Ze sturen meer algemene afweerreacties aan”, vertelt Vleeshouwers. De belangstelling van de veredelaars concentreert zich nu vooral op de R-genen. Om op den duur gebruik te kunnen maken van de meer algemene afweerreacties, is fundamenteel onderzoek nodig. WUR heeft dat samen met de universiteit van Tübingen (Duitsland) en The Sainsbury Lab van Norwich (UK) opgepakt.
PERU
Vleeshouwers: “We hebben één soort PRR-receptor onderzocht met de naam PERU. Die bindt een speciaal stukje eiwit van Phytophthora, namelijk Pep-13, en dat zorgt ervoor dat de aardappelplant de ziekte herkent. Het algemene idee was dat PRR-receptoren in de loop van de tijd nauwelijks veranderen. Een bekend voorbeeld is de receptor die flagellen van bacteriën herkent, deze is zeer stabiel. Maar wij hebben ontdekt dat PERU juist wel een dynamische evolutie vertoont en veel sneller verandert dan andere meer bekende PRR-receptoren. Dit is een totaal nieuw inzicht.”
Volgens mede-onderzoeksleider Thorsten Nürnberger van het Centrum voor Plant Moleculaire Biologie (ZMBP) aan de Universiteit van Tübingen laten de onderzoeksresultaten zien dat de evolutie van immuunreceptoren op het celoppervlak van planten (de PRR-receptoren) veel complexer is dan we eerder dachten. “Er is niet slechts één versie van deze receptor, maar verschillende varianten die verschillende bindingsmoleculen (de eiwitten van Phytophthora, red.) kunnen herkennen. Dit is een compleet nieuwe bevinding.”
Terugkijken in de tijd
Verschillende wilde aardappelsoorten hebben variaties van PERU. “Wij hebben die planten in onze collectie en kunnen zogezegd terugkijken in de tijd: achterhalen hoe de evolutie is verlopen”, vertelt Vleeshouwers. “En als je de evolutie begrijpt, kun je dat op den duur vertalen naar toepassingen. Dat wil dus zeggen: een grotere weerbaarheid tegen de ziekte door te selecteren op de juiste receptoren.”
Door terug te kijken in de tijd konden de onderzoekers de oorsprong van de evolutie achterhalen. Die ligt in de Andes. De receptor is getooid met de naam PERU. Het is een afkorting die staat voor: Pep-13 Receptor Unit. Maar hij verwijst natuurlijk ook naar het oorsprongsland. Bijzonder gegeven is verder dat de eerste auteur van het Science-artikel, promotiestudent Yerisf Torres Ascurra, zelf afkomstig is uit Peru.
Duurzame aardappelteelt
Dit inzicht in dit type receptoren, en er zullen er ongetwijfeld nog meer volgen, effent de weg voor de duurzame aardappel van de toekomst. Die is getooid met specifieke resistentie-genen, maar ook met een versterkte algemene afweer.
“Tot nu toe lag de nadruk bij de veredelaars steeds op de R-genen. Die resistentie wordt echter steeds doorbroken. Door te bestuderen hoe wilde aardappelsoorten zich staande houden in een omgeving met een voortdurende ziektedruk kunnen we achterhalen welke mechanismen ze gebruiken. En die vervolgens toepassen in onze aardappelrassen”, besluit Vleeshouwers.
Bron: WUR
