Food for Thought project: In de aanval tegen aardappelziekte (Phytophthora infestans)

Project

In de aanval tegen aardappelziekte

Meer dan 1 miljard mensen eten regelmatig aardappel. In 2020 is er 370 miljoen ton aardappel nodig. Maar oogsten worden bedreigd en soms zelfs compleet vernietigd door Phytophthora infestans (aardappelziekte). Bestrijdingsmiddelen zijn geen duurzame oplossing.

Met de geworven fondsen onderzoekt Francine Govers hoe Phytophthora na infectie de controle over aardappelcellen overneemt. Een nieuwe aanpak, die kan zorgen dat aardappelziekte geen kans meer krijgt.

Francine Govers: ‘Ons doel is om een nieuw, robuust mechanisme te ontwerpen dat de aardappel beschermt tegen Phytophthora. Tot op heden worden resistenties steeds binnen een paar jaar doorbroken en wij denken met een nieuwe aanpak de oplossing in handen te hebben. Dat zou veel betekenen voor de wereldvoedselvoorziening.'

Prof.dr.ir. Francine Govers, hoogleraar moleculaire fytopathologie
Prof.dr.ir. Francine Govers, hoogleraar moleculaire fytopathologie


Lees meer over het doel van het onderzoek

'In de afgelopen periode is het onderzoek naar de interactie tussen de aardappelplant en Phytophthora in een stroomversnelling geraakt. We zijn erin geslaagd genenkaarten te maken van aardappel en van Phytophthora en dat levert spannende nieuwe inzichten. We wisten al dat Phytophthora eiwitten uitscheidt die binnendringen in aardappelcellen. De eiwitten zorgen ervoor dat Phytophthora de controle over de aardappelcellen overneemt. Nu blijkt dat honderden van die eiwitten allemaal één klein stukje gemeen hebben (we noemen dat het RxLR motief) dat wel eens de sleutel tot een oplossing zou kunnen zijn.
Daar moeten we meer over weten. Waarschijnlijk misleidt Phytophthora de aardappelcel. Als we snappen hoe dat werkt kunnen we werken aan bescherming van de aardappel. Zoals een firewall computers beschermt tegen virussen kunnen we wellicht de aardappelplant helpen om de eiwitten van Phytophthora buiten de cel te houden.'

Een nieuwe aanpak

Halverwege de negentiende eeuw sloeg de aardappelziekte toe in Ierland, sindsdien zoeken wetenschappers naarstig naar een oplossing. Die leek er te zijn toen veredelaars erin slaagden om pootgoed uit te rusten met een beschermend gen, maar dat succes bleek van korte duur. Binnen een paar jaar wist Phytophthora de resistentie te doorbreken en dat herhaalde zich keer op keer.

Govers pleit voor een nieuwe aanpak. ‘Kijk naar hoe we als mensheid SARS en AIDS hebben aangepakt. Door die virussen te begrijpen kwamen onderzoekers tot oplossingen.’ En het is urgent. ‘Aardappel is wereldwijd het vierde gewas en staat bij meer dan een miljard mensen op het menu. En de vraag groeit. In 2020 is er al 370 miljoen ton nodig.

De schade door Phytophthora is enorm, we lopen zelfs het risico dat straks de bestrijdingsmiddelen niet meer werken.’ Govers heeft al een zwakke plek op het oog. Phytophthora probeert na infectie de controle over de aardappelcellen over te nemen. Dat doet het onder andere door ruim 500 verschillende eiwitten uit te scheiden. Al die zogenaamde effectoren maken gebruik van hetzelfde trucje om cellen binnen te komen. ‘Als we beter weten hoe die truc werkt, kunnen we er misschien voor zorgen dat Phytophthora geen kans meer krijgt. Wereldwijd is Wageningen UR een van de belangrijkste spelers op het gebied van Phytophthora-resistentie. Wij zitten zit in de frontlinie van dit onderzoek.’

Projectomschrijving

P7110009Phytophthora511.jpg

Wat is de opzet van het onderzoek?

Francine Govers: ‘De kennis over het stukje dat een belangrijke rol speelt, het RxLR motief, is nog beperkt. We weten nog onvoldoende over de interactie tussen Phytophthora en de aardappelplant.

We vermoeden dat Phytophthora natuurlijke mechanismen in de aardappel manipuleert. Cellen transporteren voortdurend eiwitten naar binnen en naar buiten, en van de ene cel naar de andere. Waarschijnlijk weet Phytophthora de processen in het celmembraan zo te beïnvloeden dat Phytophthora ongemerkt zijn eiwitten naar binnen kan transporteren en dus de bescherming doorbroken wordt. Daar moeten we meer van te weten komen.

In ons onderzoek combineren we de kracht van twee expertises. Bij het transport van eiwitten over de celmembraan spelen fosfolipiden een belangrijke rol. Een deel van onze groep is gespecialiseerd in het onderzoek naar de rol van die fosfolipiden. Een ander deel van ons onderzoek richt zich op de eiwitten en hun functies.’

Resultaat

P7110001aardappelteler510.jpg

Wat is het effect van dit project op de wereldvoedselproductie?

Francine Govers: ‘Wereldwijd gaat dertig procent van de voedselproductie verloren door ziektes. Aardappel is het derde voedselgewas ter wereld en staat bij meer dan een miljard mensen op het menu. En de vraag groeit, in 2020 is naar schatting 370 miljoen ton nodig. Phytophthora is de belangrijkste ziekteverwekker in aardappel. Door de ziektedruk te verlagen kan de opbrengst omhoog zonder dat er extra areaal nodig is.’

Wat kan dit project maatschappelijk betekenen?

Francine Govers: ‘De jaarlijkse schade door uitbraken van Phytophthora wordt geschat op 3 tot 5 miljard euro. In ontwikkelingslanden kunnen boeren vaak geen bestrijdingsmiddelen betalen en zien ze de complete oogst verloren gaan.

Boeren in Nederland spuiten wekelijks met chemische bestrijdingsmiddelen die als een beschermende laag de aardappelplanten behoedt voor infectie. Een overmaat aan chemische bestrijding is slecht voor het milieu, Bovendien lopen we het risico dat straks de bestrijdingsmiddelen niet meer werken omdat Phytophthora resistentie opbouwt. Dat zou wereldwijd grote gevolgen hebben.’

Achtergrond en historie

P1010052Phytophthora1.jpg

Wat is er aan dit project vooraf gegaan?

Francine Govers: ‘Phytophthora infestans (de veroorzaker van de aardappelziekte) kwam in de negentiende eeuw naar Europa en had toen dramatische gevolgen. In Ierland, waar de arme bevolking afhankelijk was van de aardappel, stierven één miljoen mensen aan de hongersnood die het gevolg was van een enorme uitbraak van Phytophthora.

Sinds die tijd hebben chemici gezocht naar bestrijdingsmiddelen en veredelaars naar aardappelrassen die resistent zijn tegen de ziekte. Dat laatste leek succes te hebben toen in wilde aardappels resistenties werden gevonden. Door kruisingen ontstonden de eerste resistente rassen. Maar al snel bleek Phytophthora infestans een vindingrijke ziekteverwekker te zijn. Resistenties werden snel doorbroken, en dat patroon herhaalt zich tot de dag van vandaag.

Wij doen al twintig jaar onderzoek naar Phytophthora en hebben samen met andere onderzoeksgroepen veel meer zicht gekregen op de fysiologie van dat organisme, en vooral op de manier waarop aardappel en ziekteverwekker elkaar te lijf gaan. We weten nu dat aardappelplanten die resistent zijn bepaalde eiwitten van Phytophthora herkennen en dan een tactiek van de verschroeide aarde toepassen. Als een cel merkt dat Phytophthora in de buurt is zet hij een zelfmoordmechanisme in gang. Het resultaat daarvan is dat de ziekteverwekker geen voedingsstoffen krijgt, en daarmee geen kans krijgt om de plant te doorwoekeren.’

Kenmerken van Phytophthora

Phytophthora is een oömyceet, een ‘eischimmel’. Uiterlijk lijken de oömyceten op schimmels, maar genetisch zijn ze zeer verschillend. Phytophthora infestans is de belangrijkste ziekteverwekker in aardappel en het meest bestudeerd. De symptomen zijn knolrot en afsterving van de bladeren en stengels. De ziekteverwekker overwintert gewoonlijk in besmette knollen die achterblijven op het land of op afvalhopen. Nieuwe infecties ontstaan als het gewas tenminste gedurende vier à acht uur nat blijft, de zogenaamde bladnat-periode, bij een relatieve luchtvochtigheid van meer dan 95%. Na infectie verschijnen binnen enkele dagen symptomen op bladeren en stengels.

De laatste jaren duiken ook steeds meer andere oömyceten op in het nieuws. Phytophthora ramorum zorgt voor veel ophef in Amerika en Europa als veroorzaker van de Sudden Oak Death. Een andere familielid, Phytophthora sojae, laat sojawortels rotten en ook in dieren veroorzaken oömyceten ziektes. Saprolegnia is bijvoorbeeld een plaag in zalmkwekerijen en de laatste decennia zijn er zelfs meldingen van infecties van een oömyceet in mensen. Pythium insidiosum maakte in Thailand al verschillende slachtoffers.

Anderen over Phytophthora

‘In year 2007, Late blight had almost wiped out the crop, causing extensive losses to potato growers in Punjab’

Oratie van Francine Govers op WUR TV en als tekst

Wie is Francine Govers?

‘Ik ben opgeleid als plantenziektekundige. Inmiddels heb ik bijna dertig jaar ervaring in onderzoek. In het begin van mijn carrière heb ik me gericht op de relatie tussen planten en goedaardige bacteriën. Wij probeerden toen te begrijpen hoe vlinderbloemigen samenwerken met wortelknolletjesbacteriën. De bacteriën nestelen zich in wortelknolletjes van de plant en leggen daar stikstof uit de lucht vast in ruil voor voedingsstoffen die ze van de plant krijgen.

Sinds 1990 houd ik me bezig met Phytophthora infestans. Dat lijkt misschien heel ander onderzoek, maar op moleculair niveau zijn er veel parallellen. Uiteindelijk gaat het erom om te begrijpen hoe de plant en het micro-organisme met elkaar communiceren.’

De kracht van Wageningen UR

ProjectP7030011510.jpg

Waarom kan juist Wageningen bij deze oplossing een belangrijke rol spelen?

Francine Govers: ‘Wageningen UR is een belangrijke speler op het gebied van Phytophthora resistentie. Ik durf te stellen dat het onderzoek van mijn groep aan de interactie tussen aardappel en Phytophthora infestans van wereldniveau is, wij horen zeker tot de top vijf. Vorig jaar heb ik twee keer gepubliceerd in Science, één van de meest toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften in de wereld. Binnen Wageningen UR heb ik veel collega’s met fundamentele kennis over de aardappel en de aardappelziekte. Die kennis brengen we bij elkaar, dat geeft meerwaarde.’

Wie zijn de partners?

Wij werken samen met verschillende onderzoeksgroepen in binnen- en buitenland en maken deel uit van nationale en internationale consortia waaronder:

Terug naar alle projecten over wereldvoedselvraagstukken