Lesboeken en computermodellen in plantenziektenkunde moeten op de schop

Persbericht

Lesboeken en computermodellen in plantenziektenkunde moeten op de schop

Gepubliceerd op
13 februari 2018

Experts in de plantenziektenkunde van Wageningen University & Research publiceren vandaag resultaten die zo opvallend en onverwacht zijn, dat de lesboeken en de computermodellen in de plantenziektenkunde aangepast zullen moeten worden. De onderzoekers vonden bewijs dat ‘zwakke’ types van plantenschimmels, die resistente planten niet ziek kunnen maken, wél voor nageslacht kunnen zorgen. Dergelijke ‘zwakke’ types blijven daardoor langer voor komen dan gedacht. De ‘sterke types’, die ook resistente planten ziek kunnen maken, krijgen dus niet snel de overhand. Resistente rassen blijven daardoor lang waardevol: de resistentie wordt niet snel doorbroken. De nieuwe inzichten worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Genetics.

Resistente plantenrassen zullen minder snel doorbroken worden dan eerder gedacht

De onderzoekers deden hun ontdekking in Septoria bladvlekkenziekte, de schadelijkste ziekte van tarwe in Europa en Noord-Afrika. Plantenveredelaars ontwikkelen tarwe-rassen die resistent zijn tegen de ziekte. Tot nu toe dachten wetenschappers dat de schimmel die deze ziekte veroorzaakt (Zymoseptoria tritici) die resistentie snel zou kunnen doorbreken, doordat alleen ‘extra sterke’, virulente schimmeltypes op resistente planten voor nageslacht zouden kunnen zorgen. Maar dat blijkt niet het geval: ook schimmeltypes die de resistentie níét kunnen doorbreken en de planten niet ziek kunnen maken, kunnen op resistente tarweplanten voor nageslacht zorgen.

Resistente tarwerassen houden langer stand

Gert Kema, hoogleraar tropische fytopathologie bij Wageningen University & Research, is enthousiast over de positieve consequenties van de nieuwe inzichten. Kema: “Doordat ook schimmeltypes die de resistentie níét kunnen doorbreken, op resistente tarweplanten wél voor nageslacht kunnen zorgen, blijven er in Zymoseptoria schimmelpopulaties heel lang individuen aanwezig die níet extra virulent zijn. De resistente tarwerassen kunnen daardoor extra lang stand houden.”

De gangbare gedachtegang, die ook is verwerkt in lesboeken en wetenschappelijke computermodellen, is echter dat een schimmelspore die op een resistente plant terecht komt, alléén voor nageslacht kan zorgen als de plant wordt aangetast en de schimmel zich zo kan reproduceren. Dat zou leiden tot een razendsnelle selectie van virulente individuen die de resistentie van de tarweplanten kunnen doorbreken, waardoor heftige epidemieën ontstaan. Dat gebeurt ook bij andere soorten schimmelziekten, zoals roesten op tarwe.

In het geval van de septoria-ziekte bij tarwe werd al waargenomen dat de toename van virulente schimmel-lijnen trager ging dan verwacht. Dat is mooi, want de resistente tarwerassen houden zo langer stand dan verwacht en zijn daarmee langer waardevol voor de voedselzekerheid. Maar dat trage doorbreken van resistenties tegen de septoria-schimmel zorgde al meer dan vijftien jaar voor hoofdbrekens bij plantenziektenkundigen.

Geheim seksleven van schimmel

De Wageningse onderzoekers werkten onder andere samen met computermodellen-experts van Rothamsted Research, die in het zelfde nummer van Nature Genetics publiceren over het ‘cloneren’ van een resistentiegen tegen septoria.

Tegelijk met hun ontdekking over de vermeerdering van avirulente schimmels op resistente rassen hebben de onderzoekers indirect bewijs gevonden voor een nog onbekend “seksleven” van de schimmel. Het bewijs is indirect omdat de onderzoekers het de schimmel nooit echt hebben zien doen. Maar uit genetische analyses blijken de ‘zwakke’ sporen die de planten niet kunnen infecteren (de zogenaamde avirulente sporen) wél mannelijke geslachtscellen kunnen maken, en zo voor nageslacht kunnen zorgen.

Langdurige resistentie in landbouwsystemen

Als er ook een spore van een virulente schimmelstam op een plant komt, kan deze de tarwe-plant infecteren en zowel mannelijke als vrouwelijke geslachtscellen maken. De vrouwelijke geslachtscellen blijken dan exclusief bevrucht te worden door mannelijke geslachtscellen van avirulente schimmelstammen. Een deel van het nageslacht, de sporen, zal daardoor weer avirulent zijn. Die avirulente sporen kunnen op hun beurt de resistente tarweplanten weer niet infecteren, maar wél mannelijke geslachtscellen maken. Zo blijven de genen die voor avirulentie zorgen heel lang in de schimmelpopulatie aanwezig en houden resistente tarwerassen extra lang hun waarde voor de voedselzekerheid. Het wiskundige model dat gebaseerd is op deze waarneming beschrijft deze langdurige resistentie in landbouwsystemen, maar verklaart ook waarnemingen in natuurlijke ecosystemen die tot nu toe onverklaarbaar waren.

De onderzoekers hebben de geldigheid van de nieuwe theorie ook getest met een abiotische stress factor. Bij proeven waarbij gekruist werd tussen stammen van de schimmel die wel of niet tegen een fungicide kunnen trad exact hetzelfde fenomeen op. Hiermee is dus een breedwerkend fenomeen ontdekt dat waarschijnlijk in veel andere schimmels die plantenziekten veroorzaken ook optreedt.