De beruchte ziekteverwekker Phytophthora infestans veroorzaakte in de 19e eeuw hongersnood in Ierland en andere delen van West-Europa en vormt wereldwijd nog altijd een grote bedreiging voor onze voedselproductie. Heel lang was het een raadsel hoe dit microscopisch kleine organisme en andere Phytophthora’s zich mechanisch een weg banen door de buitenste beschermingslaag op het blad van landbouwgewassen. In een unieke samenwerking hebben plantenziektenkundigen, celbiologen en natuurkundigen van Wageningen University & Research nu het antwoord gevonden op deze vraag. Hun ontdekking biedt aanknopingspunten om de bestrijding van Phytophthora op termijn effectiever, efficiënter en duurzamer te maken. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Microbiology.
Planten worden continu bedreigd door allerlei pathogenen. Een aantal van deze aanvallers met de moeilijke naam Phytophthora (letterlijk: plantenvernietiger), veroorzaakt jaarlijks enorme schade aan allerhande gewassen zoals aardappels, tomaten, aubergines, cacao, pepers, soja, en palmen maar ook in bossen en natuurgebieden. Phytophthora vormt daarmee niet alleen een grote bedreiging voor onze voedselzekerheid, maar is ook een enorme economische kostenpost die alleen al binnen de aardappelteelt jaarlijks circa 6-7 miljard euro schade veroorzaakt.
Het bestrijden van Phytophthora is en blijft lastig, onder andere omdat de ziekteverwekker en zijn doelwit in een voortdurende wapenwedloop zijn verwikkeld. Om minder afhankelijk te worden van chemische gewasbescherming wordt veel geïnvesteerd in het ontwikkelen van resistente gewassen via plantenveredeling en komt er ook meer aandacht voor nieuwe vormen van mengteelt.
Benutten inzichten mechanica
Nu dient zich nog een mogelijkheid aan; het voorkomen dat Phytophthora zich überhaupt toegang verschaft tot een plant. Planten zijn uitgerust met een beschermende laag die als doel heeft inbrekers als Phytophthora te weren. Toch weet deze microscopisch kleine ziekteverwekker (kleiner dan een-tiende van de dikte van een menselijk haar) door deze laag te breken en in planten het ziekteproces te starten. Hoe ze mechanisch door die laag heen breken was ondanks decennia aan onderzoek nog niet bekend. Om dit probleem op te lossen sloegen plantenziektenkundigen en celbiologen van WUR de handen ineen met natuurkundigen van WUR. Zij zijn gespecialiseerd in mechanica, een onderdeel van de natuurkunde dat zich bezighoudt met evenwicht en beweging van voorwerpen onder invloed van de krachten die erop werken. Bouwend op hun gezamenlijke kennis en door de gezamenlijke ontwikkeling van nieuwe onderzoekgereedschappen kon het raadsel eindelijk worden opgelost.
Scherp mes
“We hebben ontdekt dat Phytophthora met slimme trucs zijn buisvormige infectiestructuur kan aanscherpen om vervolgens door het oppervlak van de plant te snijden als een scherp mes. Met deze strategie kan Phytophthora, zonder brute kracht en met minimaal verbruik van energie zijn gastheer infecteren. Dit is voor het eerst dat dit mechanisme aan het licht is gebracht en echt een fundamentele ontdekking”, vertelt Joris Sprakel, hoogleraar Fysische Chemie en Zachte Materie.
Effectievere en duurzamere bescherming
Hoogleraar Fytopathologie Francine Govers ziet volop aanknopingspunten om de bestrijding van Phytophthora op termijn effectiever, efficiënter en duurzamer te maken zonder dat daar de usual suspects chemie en plantenveredeling bij komen kijken. “De wetten van de mechanica vertellen ons namelijk dat Phytophthora de plant niet kan binnendringen zonder zich eerst sterk te hechten aan het oppervlak van het blad.” Om dit idee te toetsen, als eerste bewijs van haalbaarheid, hebben de onderzoekers de bladeren van aardappelplanten bespoten met een niet-giftig en goedkoop stofje dat de plakkracht van het blad weghaalt. Hiermee kon de mate van infectie met zo’n 65% worden verminderd. Bij een geoptimaliseerde proef op kunstmatige oppervlakken ging het effect zelfs richting de 100%.
Sneltesten
Naast de fundamentele doorbraak en nieuwe handvatten om de bestrijding van dit soort plantenziekten vanuit een nieuw perspectief te bekijken, heeft het onderzoek ook nieuwe methodieken opgeleverd, een soort sneltesten, waarmee het effect van bestrijdingsmiddelen op een snelle, nauwkeurige en goedkope manier kan worden onderzocht. Ook dit zou een belangrijke bijdrage kunnen leveren in de voortdurende strijd tegen plantenziekten.
Govers: “Dankzij de betrokkenheid van Joris Sprakel en zijn team, waaronder promovendus Jochem Bronkhorst, weten we nu dus dat er een aantal fundamentele natuurkundige principes zijn die mogelijk een nieuwe wending kunnen geven aan de wapenwedloop tussen pathogenen en planten. Al met al is dit onderzoek echt een mooi voorbeeld van hoe samenwerkingen buiten de disciplinaire grenzen tot nieuwe doorbraken kunnen leiden.”