Maïsverdedigingsstof helpt parasitaire nematoden hun gastheer te vinden

Wortelknobbelaaltjes (Meloidogyne incognita) behoren tot de meest schadelijke plantenparasieten ter wereld. Ze dringen wortels binnen, veroorzaken knobbels en verstoren de opname van water en voedingsstoffen. Dat leidt in veel gewassen tot aanzienlijke opbrengstverliezen. Hoe deze microscopisch kleine dieren hun gastheer weten te vinden in de complexe bodemomgeving, was lange tijd onduidelijk.

Een internationaal onderzoeksteam, geleid door Zhejiang University in China en met een belangrijke bijdrage van Wageningen University & Research, laat zien dat maïsplanten hier zelf onbedoeld een rol in spelen. Maïswortels scheiden benzoxazinoïden (BX’s) uit: chemische stoffen die bekendstaan om hun verdedigende werking tegen insecten. In dit onderzoek richtten de onderzoekers zich op één specifieke stof: MBOA, een afbraakproduct van benzoxazinoïden dat via de wortels in de bodem terechtkomt. “Deze stoffen worden meestal gezien als directe verdedigingsmiddelen,” zegt WUR-onderzoeker Jose Lozano Torres, die bij de studie betrokken was. “Wat wij laten zien, is dat ze in dit geval een indirect effect hebben dat parasitaire nematoden juist helpt.”

Die hulp werkt niet rechtstreeks. In steriele bodems, zonder micro-organismen, reageerden de nematoden nauwelijks op MBOA. Alleen in levende bodems werden ze sterk aangetrokken tot de wortels. Dat wees de onderzoekers op een cruciale rol van het bodemmicrobioom. “MBOA verandert de samenstelling van het microbioom rond de wortels,” legt Lozano Torres uit. “Het stimuleert specifieke bacteriën, terwijl andere afnemen. Die verschuiving blijkt essentieel voor wat er daarna gebeurt.”

De bacteriën die door MBOA worden bevorderd, waaronder soorten uit de geslachten Pseudomonas en Citrobacter, produceren vluchtige organische stoffen. Twee verbindingen bleken daarbij cruciaal: 1-undecanol en 2-fenylethanol. Deze vluchtige stoffen verspreiden zich door de bodem en fungeren als signalen voor de nematoden. “De nematoden nemen deze bacteriële stoffen waar en gebruiken ze als een soort geurspoor om de wortels te vinden,” zegt Lozano Torres. “Ze hoeven de plant zelf niet direct te detecteren.”

Dat dit geen toeval is, blijkt uit experimenten die zich richtten op de nematoden zelf. De onderzoekers identificeerden drie chemosensorische genen die nodig zijn om de bacteriële vluchtige stoffen waar te nemen. Toen deze genen werden uitgeschakeld, verloren de nematoden hun vermogen om te ‘ruiken’. Ze reageerden niet langer op de vluchtige stoffen en konden de wortels meestal niet meer vinden. “Door die genen te blokkeren, maakten we de nematoden in feite blind voor de signalen uit het microbioom,” aldus Lozano Torres. “Zonder die bacteriële tussenstap valt het hele mechanisme uiteen.” 

Volgens de onderzoekers is dit een duidelijk voorbeeld van wat zij ‘ecologische kaping’ noemen: een parasiet die de communicatie tussen een plant en haar microbioom in zijn eigen voordeel benut. Dat biedt een fundamenteel ander perspectief op de rol van plantenverdedigingsstoffen. “De focus verschuift van een directe interactie tussen plant en parasiet naar een systeem met drie spelers,” zegt Lozano Torres. “De plant, het microbioom en de nematode zijn nauw met elkaar verbonden.”

De bevindingen zijn relevant voor landbouw en plantenveredeling. Veel veredelingsprogramma’s selecteren planten op hogere niveaus van benzoxazinoïden om insectenschade te beperken. Deze studie laat zien dat zulke strategieën onbedoelde bijeffecten kunnen hebben. “Rassen die goed beschermd zijn tegen insecten, kunnen tegelijkertijd aantrekkelijker worden voor nematoden,” zegt Lozano Torres. “Dat betekent dat veredelaars mogelijk opnieuw moeten kijken naar de balans tussen verschillende verdedigingskenmerken.”

Ook bodembeheer komt naar voren als een mogelijke knop om aan te draaien. Omdat de aantrekkingskracht afhangt van specifieke bacteriën, zou het mogelijk zijn het microbioom gericht te sturen. Dat kan bijvoorbeeld door bacteriën te bevorderen die geen aantrekkelijke vluchtige stoffen produceren, of die concurreren met de betrokken soorten.

Tot slot wijzen de onderzoekers op nieuwe aanknopingspunten voor nematodenbestrijding. De geïdentificeerde reukreceptoren zouden doelwitten kunnen vormen voor stoffen die het oriëntatievermogen van nematoden verstoren, zonder gebruik te maken van breed werkende en vaak schadelijke nematiciden.

Lees het wetenschappelijke artikel in Nature Plants.