Inwonende bacteriën beschermen planten tegen infecties

Sugar beet seedlings, growing well on the left due to micro-organisms, on the right less well-growing without micro-organisms
© NIOO-KNAW

Inwonende bacteriën beschermen planten tegen infecties

Hulp van binnenuit
Persbericht

Micro-organismen die in plantenwortels leven, werken nauw samen met planten om hun groei en stressbestendigheid te vergroten. Een internationaal team geleid door het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) en Wageningen UR laat dat deze week zien in het bekende wetenschappelijke tijdschrift Science.

Bij een dreigende schimmelinfectie van de wortels kunnen bepaalde families van inwonende bacteriën een plant beschermen. Een internationaal onderzoeksteam uit Nederland (Wageningen, Leiden, Rotterdam), Brazilië, Colombia en de Verenigde Staten toonde dat aan.

Deze bacterie-families kwamen de onderzoekers op het spoor dankzij ‘metagenomics’: een DNA-technologie waarmee je de hele diversiteit van micro-gemeenschappen in kaart kan brengen. “Het is uniek dat we de samenstelling en de functies van deze gemeenschap in plantenwortels konden reconstrueren, alleen op grond van de DNA-volgordes,” legt laatste auteur en onderzoeksleider Jos Raaijmakers van het NIOO uit.

Foto: NIOO-KNAW
Met en zonder microscopisch kleine hulptroepen: het verschil is duidelijk te zien bij deze zaailingen van suikerbieten.

Duurzame gewasproductie

“Bacteriën zijn essentieel voor het functioneren van planten, dieren en mensen,” stelt Raaijmakers. “Ons belangrijkste doel was om in de wortels van de plant micro-organismen te ontdekken die de plant rekruteert bij een dreigende infectie. Deze studie betekent een grote stap voorwaarts in de ontwikkeling van duurzamere gewasproductie met minder pesticiden.”

Wat gebeurt er nu in plantenwortels bij een schimmelinfectie? De onderzoekers ontdekten dat de helpers in de wortels allerlei nuttige stoffen gaan produceren. Zoals chitinases, enzymen die de wand van de aanvallende schimmelcellen afbreken.

Met de nieuwverworven kennis ontwikkelden de onderzoekers vervolgens zelf microscopisch kleine hulptroepen van Chitinophaga- en Flavobacterium-soorten, die planten kunnen beschermen. Dit bleek bij testen met suikerbiet keer op keer effectief tegen schimmelinfecties van de wortels.

Schat aan nieuwe genen

“De micro-organismen die in de wortels leven, bleken ook een nog onbekende schat aan andere genetische eigenschappen te bezitten,” zegt Raaijmakers. Nieuwe software, ontwikkeld door onderzoekers van Wageningen University & Research (WUR), maakte het mogelijk om snel het DNA van duizenden soorten tegelijk te analyseren.

De onderzoekers vonden zo samen meer dan 700 onbekende clusters van genen die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van bijzondere stoffen. Slechts 12 waren er al bekend in de wereldwijde databases. Raaijmakers: “We hebben dus een schat aan eigenschappen ontdekt, waarvan we de functies nog niet kennen. Dit is echt nog maar het topje van de ijsberg.”

“Deze ontdekkingen waren mogelijk dankzij een multidisciplinaire aanpak met zowel ecologen, microbiologen, moleculair biologen, bioinformatici en statistici,” legt Raaijmakers uit. Het onderzoek hoort bij het BackToRoots-project. Gesubsidieerd door een TTW Perspectief-beurs doorgronden de onderzoekers de microbiële gemeenschappen die planten kunnen helpen. Onder andere bij wilde voorouders van onze huidige gewassen.

Het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) is met ruim 300 medewerkers en studenten een van de grootste onderzoeksinstituten van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW). Het is gespecialiseerd in de ecologie van het water en het land: hoe werkt de natuur? Sinds 2011 is het gevestigd in een duurzaam gebouwd onderzoekspand in Wageningen. De historie van het onderzoek gaat meer dan 60 jaar terug en loopt door ons hele land, en ver daarbuiten.

Voor meer informatie

  • Onderzoeksleider prof. dr. Jos Raaijmakers, Afdeling Microbiële Ecologie NIOO-KNAW, tel. 0317-473497 / 06-20346270, j.raaijmakers@nioo.knaw.nl
  • Mede-onderzoeksleider dr. Marnix Medema, Bioinformatics Group Wageningen UR, tel. 0317-484706 / 06-54758321, marnix.medema@wur.nl
  • Hoofd wetenschapscommunicatie Froukje Rienks, Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), tel. 06-10487481 / 0317-473590, f.rienks@nioo.knaw.nl

Artikel (met NIOO-auteurs dikgedrukt): Pathogen-induced activation of disease-suppressive functions in the endophytic root microbiome. Víctor J. Carrión, Juan Perez-Jaramillo, Viviane Cordovez, Vittorio Tracanna, Mattias de Hollander, Daniel Ruiz-Buck, Lucas W. Mendes, Wilfred F.J. van IJcken, Ruth Gomez-Exposito, Somayah S. Elsayed, Prarthana Mohanraju, Adini Arifah, John van der Oost, Joseph N. Paulson, Rodrigo Mendes, Gilles P. van Wezel, Marnix H. Medema & Jos M. Raaijmakers, Science, 1 november 2019.
DOI: 10.1126/science.aaw9285