Moleculaire fytopathologie
Al zo’n 100 jaar werkt het WUR-Laboratorium voor Fytopathologie (Plantenziektekunde) aan Phytophthora infestans, de veroorzaker van de gevreesde aardappelziekte. Vroeger ging de aandacht vooral naar de werking van bestrijdingsmiddelen (fungiciden) en naar de resistentie daartegen. De laatste decennia ligt de nadruk sterk op moleculair onderzoek aan de ziekteverwekker zelf. Welke genen zijn in het spel? Welke eiwitten spelen een rol bij de infectie? En hoe zijn infectie en invasie te verstoren?
Die aanpak startte rond de tijd dat Francine Govers aantrad als universitair docent, begin jaren 90. Ze had er precies de goede papieren voor. “Ik combineerde plantenziektekunde met moleculaire biologie, met name de interactie tussen planten en microben op moleculair niveau. Dat was net in opmars, het was een opwindende tijd met veel nieuwe inzichten.”
Wapenwedloop
Zo gaat het steeds: veredelaars maken nieuwe rassen die beter weerbaar zijn. De ziekteverwekker doorbreekt die weerbaarheid. Hetzelfde geldt voor nieuwe gewasbeschermingsmiddelen. Ze werken een tijd goed en daarna past Phytophthora infestans zich eraan aan.
Om uit deze voortdurende cirkel te komen haalde Govers haar inspiratie uit de medische wetenschap. “Net als bij ziekteverwekkers in de geneeskunde, moet je de vijand door en door kennen om de zwakke plekken te vinden. Ik heb Phythophthora infestans altijd als een soort ‘vriend’ beschouwd waarvan ik alle geheimen wilde ontdekken, zodat we de kwetsbaarheden kunnen blootleggen.”
Phytophthora infestans is geen schimmel
Phytophthora infestans lijkt op een schimmel, maar is dat niet. Het is een oömyceet met veel kenmerken die hem uniek maken en zeer geschikt om planten te infecteren. Volgens Govers kunnen deze kenmerken tegelijkertijd ook aanknopingspunten zijn voor innovatieve manieren van bestrijding.
“Phytophthora heeft receptoren in de celmembraan, die vergelijkbaar zijn met die bij mensen. Die werken als antennes voor signalen buiten de cel, zoals hormonen of geurstoffen, en zorgen ervoor dat de cel daarop reageert. Dertig procent van de medicijnen voor mensen zijn gericht op zulke receptoren. Ook bij oömyceten liggen daar kansen. Ze hebben veel van deze receptoren die uniek zijn en die dus niet in andere organismen voorkomen.
Als je daarop kunt ingrijpen, bijvoorbeeld door ze te blokkeren, heb je een heel specifieke aanpak in handen zonder schadelijke neveneffecten voor planten, mensen, insecten of goedaardige micro
Een ander aanknopingspunt zijn de zwemsporen van de ziekteverwekker. Die houden van vochtige omstandigheden en kunnen snel zwemmen. “Dat houden ze uren vol. Ze kunnen voelen en ruiken, bijvoorbeeld stoffen die de aardappelplant uitscheidt. Bovendien zoeken ze elkaar op en werken ze samen bij het binnendringen van de plant. We kunnen ze tegenwoordig filmen met veel beeldjes per seconde en zo hun gedrag beter leren kennen. Dit is echt iets van de laatste jaren.”
Dit geeft volgens Govers allerlei nieuwe mogelijkheden. “Je zou de zwemsporen weg kunnen lokken met bepaalde stoffen of op een of andere manier hun zwemvermogen aantasten.”
Microscopisch kleine krachtpatser
Het moment van binnendringen in de plant is cruciaal. Hoewel de ziekteverwekker microscopisch klein is, gaat dat gepaard met enorme krachten. Phytophthora infestans kan een druk van tot wel 28 bar ontwikkelen. Ter vergelijking: de lucht in een autoband staat onder 2,5 bar druk. “Zonder die druk kan de ziekteverwekker niet binnendringen. Je moet dus weten hoe de druk opgebouwd wordt. Voor enkele schimmels is dat bekend en is een middel in ontwikkeling dat die drukopbouw kan voorkomen. Bij phytophthora infestans zijn we nog niet zo ver, maar hier liggen wel kansen”, vertelt Govers.
Eenmaal binnen in de plant scheidt de oömyceet honderden eiwitten uit. Die worden met een verzamelnaam ‘effectoren’ genoemd, omdat ze een bepaald effect in de plantencel hebben. Het gaat vaak om het verstoren van basisprocessen die de plantencel in balans houden, maar ook om de aanmaak van afweerstoffen waarmee de plant zich verdedigt. “Een doorbraak was de ontdekking dat deze effectoren allemaal een klein stukje gemeen hebben: RXLR, dat bestaat uit slechts 4 aminozuren en fungeert als een soort postcode. Het zorgt ervoor dat de ‘effector’ in de plantencel opgenomen wordt. Wellicht liggen daar aanknopingspunten voor een brede resistentie tegen de aardappelziekte”, vertelt ze.
Variëren met rassen
Ook zonder zo’n brede resistentie helpt de toegenomen kennis al bij een verfijnde aanpak. Een resistentie-eiwit van de aardappelplant herkent de bijpassende RXLR-effector van phytophthora infestans en wordt dan pas actief. “Je kunt jaarlijks in het veld gaan kijken welke phytophthora-isolaten er rondwaren en welke RXLR-effectoren ze uitscheiden. En daar kan vervolgens je maatregelen op nemen, bijvoorbeeld alleen specifieke rassen telen met resistentiegenen waarvan de eiwitten de voorkomende effectoren herkennen. Dat betekent dus dat je het ene jaar dit ras teelt, en het volgende jaar een ander”, geeft ze aan. “Maar dan is het wel nodig om sneller te kunnen veredelen, zodat er sneller nieuwe weerbare rassen op de markt komen of beschikbaar zijn. Dat vergt aardappelen die je kunt zaaien en de inzet van nieuwe genetische technieken.”
Terugkijkend is Govers trots op de grote sprong in kennis die zij en haar team, en in samenwerking met internationale onderzoekers, hebben weten te maken. “Nu is het zaak om alle ontwikkelde inzichten te vertalen naar oplossingen voor de praktijk, zodat een meer duurzame aardappelteelt daadwerkelijk mogelijk wordt.”
