Voor telers die vooruit kijken

Meten plantweerbaarheid is mogelijk maar vergt nog meer kennis

Bepalen van activiteit genen biedt perspectief
648 0
Meten plantweerbaarheid is mogelijk maar vergt nog meer kennis

Er zijn veel producten op de markt die de plant zouden versterken. Bij proeven zijn de resultaten vaak afhankelijk van omstandigheden, toedieningstijdstip en ras. Maar langzamerhand wordt het mogelijk te meten of, en hoe, de plant op zulke middelen reageert. Er komt steeds meer zicht op de activiteit van genen die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van afweerstoffen tegen ziekteverwekkers.

Telers gaven het tijdens arenasessies (discussies tussen onderzoek en praktijk) regelmatig aan: we willen weerbaarheid van planten kunnen meten. Er is te veel duisterheid over plantversterkers, biostimulanten, nuttige bacteriën en schimmels. Het is tijd voor objectiviteit en de vooruitgang in moleculaire technieken maakt dat mogelijk. De activiteit van genen die zorgen voor de aanmaak van afweerstoffen is namelijk te meten.

Blinde vlek

De afgelopen tien jaar is het inzicht in de eigen afweermogelijkheden van planten tegen ziekten en plagen belangrijk gegroeid. Dat gaat met horten en stoten. Zo ging bijvoorbeeld bij bodemweerbaarheid geruime tijd de aandacht vooral uit naar het evenwicht in grond of substraat tussen ziekteverwekkers en nuttige organismen. De plant zelf vormde een blinde vlek in dit systeem.
Bij proeven met de toevoeging van organismen, plantversterkers en speciale voeding – bijvoorbeeld het Natugro systeem – werd getoetst wat het effect is op standaard-ziekteverwekkers als Pythium, Verticillium, Fusarium en diverse aaltjes. Dan bleek bijvoorbeeld dat een behandeling geen effect had op de zichtbare schade aan de wortels bij het wortelknobbelaaltje Meloidogyne. Maar er bleken wel vijf keer minder nakomelingen in de wortels te zitten. De bodemweerbaarheid – in strikte zin – was dan wel niet verbeterd, maar de plantweerbaarheid wel. De blinde vlek is weggepoetst: de plant wordt nu gezien als een onlosmakelijk deel van de bodemweerbaarheid.

Verdedigingsroutes

Bij aantasting of stress (door belagers of door klimaatomstandigheden) heeft de plant grofweg drie verdedigingsroutes, genoemd naar het plantenhormoon dat zo’n route aanschakelt. Het zijn de salicylzuurroute, de jasmonzuurroute en de abscisinezuurroute (ABA-route). Als eerste reactie op een aantasting of stress vormt de plant het hormoon dat vervolgens een hele reeks aan processen in gang zet, resulterend in de aanmaak van verdedigingsstoffen of acties, zoals de sluiting van huidmondjes of doding van geïnfecteerde cellen.
De salicylzuurroute functioneert vooral bij aantasting door biotrofe schimmels, die belang hebben bij nog levende cellen (zoals meeldauw en Pythium), maar ook bij bacteriën en virussen. De jasmonzuurroute speelt vooral een rol bij necrotrofe schimmels, die delen van de plant doden (zoals Botrytis en sommige soorten Phytophthora) en bij insecten. Abscisinezuur is een typisch stresshormoon, dat de plant weerbaar maakt tegen bijvoorbeeld droogte, zoutovermaat of te hoge temperatuur door bepaalde processen stil te leggen, maar triggert ook reactie bij aantasting door plagen.

Weerstand verzwakt

Belangrijk om te weten is dat deze routes interactie met elkaar hebben. Soms werken ze elkaar tegen, soms volgen ze op elkaar. De plant moet bij een aanval of stress dus ‘kiezen’. Als hij eerst wordt aangetast door Phytium wordt de salicylzuurroute aangeschakeld en dat gaat ten koste van de jasmonzuurroute. Als er daarna een aanval van Botrytis komt, kan de plant zich daardoor niet zo goed meer verdedigen tegen deze schimmel. Bij veel stress is de ABA-route aangeschakeld en dat gaat ten koste van de twee andere routes, zodat de algehele weerstand tegen ziekten en plagen dan verzwakt is.
Maar ook opeenvolgende reacties komen voor. Bij een aantasting door Botrytis pompt de schimmel de plant vol gifstoffen. Als reactie daarop schakelt een tomatenplant wel 70 à 80 procent van de genen aan of uit. Via de ABA-route zorgt de plant er eerst voor dat alle huidmondjes dicht gaan. Vervolgens komt de jasmonzuurroute op gang en worden er lokaal afweerstoffen gevormd.

Zoeken naar meetbare parameters

Extern toegediende stoffen kunnen de verschillende verdedigingsroutes versterken of verzwakken. Zo is uit onderzoek samen met Fytagoras bekend dat het schimmelmiddel Ridomil zowel de salicylzuur- als de jasmonzuurroute verzwakt. Het bestrijdingsmiddel doodt dan weliswaar de schimmel, maar de plant komt zwakker uit de strijd.
Aan de andere kant zijn er stoffen en organismen waarvan wordt geclaimd dat ze de eigen afweer juist versterken. Je kunt eindeloze series proeven met al deze stoffen/organismen doen bij verschillende gewassen onder gecontroleerde omstandigheden, maar dat is onbegonnen werk. Bovendien blijkt uit de proeven die zijn gedaan, dat de resultaten een vaak onbegrepen variatie vertonen. Vandaar de roep van de telers om meetbare parameters te benoemen. Zulke parameters zouden de gehaltes aan afweerstoffen kunnen zijn die de plant vormt of de activiteit van de genen die ervoor zorgen dat die stoffen worden gevormd.

Samenspel genen en regeleiwitten

Een eerste verkenning om tot meetbaarheid te komen is gedaan binnen het project Plantversterking in Potplanten, een samenwerking tussen Wageningen UR Glastuinbouw en Universiteit Leiden. De onderzoekers bepaalden de gehaltes aan afweerstoffen, zoals enzymen, fenolen en suikers, bij aantasting door verschillende schimmels en toepassing van plantversterkers. De verschillen waren te klein om uitspraken te doen en de conclusie was dat de gebruikte bepalingstechnieken niet zo geschikt waren. Daarom is dit pad verlaten.
Meten van de activiteit van genen geeft een beter beeld. Dat is echter veel complexer. De eerste vraag is al: welke genen? Bij afweerreacties zijn namelijk tientallen genen en allerlei regeleiwitten betrokken. Genetici vergelijken het samenspel tussen de genen en regeleiwitten vaak met een stromend beekje. Het stroomt van de bron naar de uitmonding. In dit geval: van het signaal dat de hormonen geven naar het uiteindelijk zichtbare effect. Je kunt dan bovenstrooms (upstream) of benedenstrooms (downstream) in dat beekje meten hoe de activiteit van de genen is.

Afweerpotentie

Genetici meten vaak upstream om de eerste reactiemechanismen in beeld te krijgen. Maar in het tuinbouwonderzoek is het verstandiger veel meer downstream te meten om zo dicht mogelijk bij het uiteindelijk zichtbare effect te blijven. Het lijkt dan logisch om de activiteit van genen te meten die direct verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van enzymen waarmee de plant zich kan verdedigen.
Voorbeelden van zulke enzymen zijn chitinase, glucanase of thionine. Chitinase lost chitine op, de stof die bij insecten en mijten voor stevige schildjes of omhullingen zorgt. Ook bij schimmels is chitine belangrijk; het is een bouwstof in de celwanden. Glucanase en thionine lossen celmembranen van aanvallers op.
Al deze stoffen zijn typische merkers voor een actieve salicylzuurroute. Daarnaast zijn er ook indicatoren voor de jasmonzuurroute. Let wel: het gaat bij deze metingen dus niet om de stoffen zelf, maar om de activiteit van de genen die zorgen voor de aanmaak. Dat geeft een betrouwbaarder beeld van de afweerpotentie. Het blijkt dat zulke genen bij een aanval wel honderd keer actiever zijn dan genen die continu ‘aan’ staan (zoals die voor het onderhoud van de cellen, de zogenoemde huishoudgenen).

Wisselende resultaten

In een eerste onderzoek vorig jaar zijn geschikte merkers opgespoord. Vervolgens zijn deze merkers gebruikt bij een onderzoek aan zes tomatenrassen. De planten zijn onderworpen aan drie stressregimes: droogte, zout of aantasting door de bacterie die overmatige wortelgroei veroorzaakt (Rhizobium rhizogenes). De onderzoekers bekeken hoe de gestreste planten reageerden als ze eerst een voorbehandeling met biostimulanten hadden ondergaan. In dit geval waren dat Trichoderma-soorten en een Bacillus-soort.
De resultaten waren nogal wisselend. Een paar rassen reageerden met een licht verhoogde activiteit van afweergenen op de Bacillusbehandeling als ze droogtestress ondervonden. Eén ras gaf enige genactiviteit als gevolg van de Trichoderma-behandeling bij aantasting door overmatige wortelgroei. Maar bij de beoordeling van de zichtbare verschillen in groei, zoals bladoppervlakte, vers-, of drooggewichten van bladeren of steel (dus niet de genen) gaf eenderde van de combinaties van stress plus biostimulant wel een effect. Het is dus de vraag of de juiste merkergenen zijn geanalyseerd.

Geschikte merkers

De conclusies hieruit: de weerstand is daadwerkelijk (objectief meetbaar) te verbeteren met biostimulanten, maar het effect is sterk afhankelijk van het ras. Ook is het nodig dat er nog meer zicht komt op geschikte merkers.
Daarom is een vervolgproef uitgevoerd. De onderzoekers bespoten jonge tomatenplantjes met salicyl- of jasmonzuur. Vervolgens analyseerden ze welke genen geschikt zijn als merker voor de activiteit in reactie op de bespuitingen. Hieruit rolde een aantal kandidaten. Misschien zijn de geselecteerde genen ook geschikt als indicatoren voor afweeractiviteit in de andere gewassen, zoals aardappel, komkommer en paprika.

Cruciale genen

Onder de vlag van de Club van 100 (vooraanstaande tuinbouwtoeleveranciers die vernieuwend onderzoek financieren en begeleiden) en samen met PRI vindt nu vervolgonderzoek plaats. Dat moet meer zicht geven op de mogelijkheden van plantversterking en de meetbaarheid op genniveau.
Uit de internationale onderzoeksresultaten wordt in ieder geval duidelijk dat verbetering van plantweerbaarheid niet te vergelijken valt met chemische gewasbescherming. Er is niet één oplossing bij een bepaalde plaag, maar effecten hangen af van gewas, ras, soort biostimulant en tijdstip van toepassing. Bij sommige gewassen die sterk veredeld zijn – tomaat als beste voorbeeld – zullen ook cruciale genen verdwenen zijn; dat doet dus een beroep op de veredeling om die terug te krijgen.

Genetische fingerprinting

Om een nieuwe manier van gewasbescherming op te bouwen is nog veel meer kennis nodig. Behalve de hierboven genoemde aspecten is ook meer zicht op de werking van de biostimulanten nodig. Veel organismen die nu op de markt zijn, produceren bijvoorbeeld het hormoon cytokinine, dat hun werking verklaart. Maar groei zit zeker ook in ethyleenproducerende of -stimulerende organismen.
Door de voortdurende verbetering van moleculaire technieken komt genetische ‘fingerprinting’ zeker dichterbij. Op den duur kun je behalve het stress- en afweerniveau ook testen of een plant voldoende is afgehard, wat de plant in het begin van de teelt veel minder kwetsbaar maakt.

Samenvatting

Meten van plantweerbaarheid komt dichterbij. Uit onderzoek blijkt dat bepalen van de gehaltes afweerstoffen geen goede indicatie geeft. Wel perspectief biedt het bepalen van de activiteit van genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van zulke stoffen. Het is de kunst om daarbij de meest geschikte genen te vinden voor zo’n bepaling.

Tekst: André van der Wurff (Wageningen UR Glastuinbouw), Tijs Kierkels en Ep Heuvelink (Wageningen Universiteit).
Beeld: Wageningen UR Glastuinbouw, Wilma Slegers en Harry Stijger

Geef commentaar

Uw e-mail adres wordt niet gepubliceerd