24 oktober 2019

Plantmicroben onderdrukken de afweer om de plant te versterken

Blue stained arabidopsis seedlings
Blauwgekleurde Arabidopsis-zaailingen in vloeibaar medium (foto: Hans van Pelt)

Utrechtse onderzoekers hebben ontdekt dat goedaardige microben op de wortels van planten het immuunsysteem van de plant onderdrukken. Door deze omzeiling van het afweersysteem kunnen de microben de wortels van de gastheerplant goed koloniseren, en de plant beter laten groeien. Deze plant-stimulerende micro-organismen worden beschouwd als een duurzaam biologisch alternatief voor chemische gewasbeschermingsmiddelen. De onderzoekers publiceren hun resultaten 24 oktober in Current Biology.

Planten interacteren met miljarden microben tegelijkertijd. Sommige microben in dit zogenaamde microbioom zijn pathogeen en veroorzaken plantenziekten die veel schade kunnen aanrichten in onze gewassen. “Planten bezitten echter een ingenieus immuunsysteem dat de groei van de meeste schadelijke micro-organismen in toom houdt. Dat immuunsysteem herkent bepaalde moleculen aan het celoppervlak van de ziekteverwekker, waardoor een effectieve afweerreactie in gang wordt gezet. Maar afweer kost de plant veel energie en dat gaat ten koste gaat van groei”, vertelt laatste auteur Roeland Berendsen.

Gelukkig zijn de meeste microben in het plantenmicrobioom goedaardig en sommigen hebben zelfs een probiotische functie. Deze probiotische microben hebben echter vergelijkbare moleculen aan hun celoppervlak als pathogenen, maar toch activeren ze niet het immuunsysteem zoals pathogenen dat doen. Lange tijd was onduidelijk waardoor planten toch nog normaal kunnen groeien, terwijl ze volop gekoloniseerd worden door deze microben.

Microscope image of Arabidopsis root
Microscopiefoto van een Arabidopsis-wortel gekoloniseerd door geel-fluorescente plantengroeibevorderende Pseudomonas-bacteriën (foto: Christos Zamioudis)

Kolonisatie

“We ontdekten dat specifieke plant-stimulerende bacteriën actief het immuunsysteem in de wortel van de plant onderdrukken door de productie van bepaalde organische zuren, waardoor er geen afweerreactie op gang komt. Tot onze verbazing ontdekten we dat 42 procent van de door ons geteste microben het afweersysteem van de wortel kunnen onderdrukken’, vertelt eerste auteur Ke Yu.

“Dit komt de plant op twee manieren ten goede: het bevordert de kolonisatie van de goede microben op de wortel, en bovendien wordt het energetisch kostbare afweersysteem niet onnodig geactiveerd en daarmee de plantengroei niet geremd”, vult Berendsen aan.

De Utrechtse ontdekking legt een tot nog toe onbekende functie van het plantenmicrobioom bloot. Een functie die mogelijk essentieel is voor de groei en overleving van alle planten in de natuur en in de landbouw. De nieuwe kennis kan worden ingezet bij het ontwikkelen van biologische alternatieven voor agrochemische middelen in de landbouw.

Publicatie

Rhizosphere-associated Pseudomonas suppress local root immune responses by gluconic acid-mediated lowering of environmental pH. Current Biology, 24 oktober 2019. Ke Yu*, Yang Liu, Ramon Tichelaar*, Niharika Savant*, Ellen Lagendijk, Sanne J.L. van Kuijk*, Ioannis A. Stringlis*, Anja J.H. van Dijken*, Corné M.J. Pieterse*, Peter A.H.M. Bakker*, Cara H. Haney and Roeland L. Berendsen*

* Auteurs verbonden aan Universiteit Utrecht.