Wetenschap - 26 maart 1998

Aangevreten planten roepen biologische bestrijders te hulp

Aangevreten planten roepen biologische bestrijders te hulp

Aangevreten planten roepen biologische bestrijders te hulp
Fluisterende planten moeten schreeuwers worden
Prof. dr Marcel Dicke ontdekte in de jaren tachtig dat bonenplanten SOS-signalen uitzenden als ze aangevreten worden door spintmijt. De planten produceren dan geurstoffen die de natuurlijke vijand van spint aantrekken. Inmiddels is dit proces voor meer dan twintig plantensoorten beschreven en is er zicht op toepassing door veredelaars. Het resultaat van fundamenteel onderzoek, stelt Dicke, die 20 maart zijn inaugurele rede hield. Uit de praktijk van de landbouw zou nooit iemand hebben gevraagd om aanpassing van het geurprofiel van planten.
Planten kunnen niet weglopen voor vijanden. Om zich te verdedigen tegen insecten hebben ze wel giftige stoffen, smaakvergallers of stekels voor handen. Toch ontkomt geen plant helemaal aan insecten. Er is altijd minstens een soort die door de directe verdediging heenbreekt en zich specialiseert in het vinden en consumeren van een plantensoort
Zo'n insect heeft zelf ook een vijand, waarmee het in een aanval-en-verdedigingsspel is verwikkeld. Lange tijd zagen ecologische onderzoekers dat als een apart spel waarin de plant geen rol had. Maar een plant is niet weerloos. Planten kunnen insecteneters schuilplaatsen bieden of ze lokken met stuifmeel of suikerhoudende uitscheidingen
Bovendien zenden planten na een aanval een soort SOS-signaal uit. Dat gebeurt via de productie van een specifieke combinatie geurstoffen, ontdekte Dicke tijdens zijn promotieonderzoek. Zo gaan bonenplanten nieuwe geurstoffen verspreiden als ze door spint worden aangevreten. De roofmijt, de natuurlijke vijand van spint, herkent dit geurprofiel
Dickes collega-onderzoekers accepteerden deze conclusie niet zomaar. Ze associeerden die met pratende planten. Een beladen onderwerp. Mensen dachten dat de vrijkomende geuren zweetluchtjes van beestjes waren, vertelt Dicke, bijzonder hoogleraar insect-plant-relaties bij het laboratorium voor Entomologie
Turven
Tijdens zijn promotieonderzoek testte insectendeskundige Dicke zijn vermoedens over geursignalen in een Y-vormige buis. Uit de ene uitgang van de buis kwam de geur van een door spint aangetast bonenblad, uit de andere uitgang kwam de geur van een schoon blad. En dan turven waar de meeste roofmijten heen lopen. In een overweldigende meerderheid kozen ze voor de geur van het aangetaste blad. Daarmee was bewezen dat er vluchtige stoffen in het spel waren, maar onduidelijk was nog waar die vandaan kwamen
Dicke vermoedde dat ze van de plant afkomstig waren. Om dat aan te tonen analyseerde hij de geurstoffen samen met dr Maarten Posthumus en dr Teris van Beek van het laboratorium voor Organische chemie. Het bleken plantaardige verbindingen te zijn. Maar dan kun je nog zeggen dat spintmijten plantenstoffen afbreken en uitscheiden.
Een ander experiment zorgde voor het sluitende bewijs. Hij voegde spintmijten toe aan een blad dat in een vaatje water hing. Daarna haalde hij het blad met spintmijten weg en plaatste hij een ander, schoon blad in hetzelfde water. Als planten via het water een signaalstof aan elkaar overdragen, zou het tweede, schone blad aantrekkelijk moeten worden voor de roofmijt, zonder dat er spintmijt op aanwezig is. En dat klopte, de roofmijten verkozen massaal de geur van het blad dat in contact was geweest met water waarin een aangetast blad had gehangen
Prooi
Aan het begin van Dickes fundamentele promotieonderzoek naar het gedrag van roofmijten was nog niets bekend over SOS-signalen van planten. Ik wilde de voedselvoorkeur onderzoeken van roofmijten die kunnen kiezen uit meerdere voedselbronnen. Ik bekeek bijvoorbeeld de darmen van roofmijten en analyseerde hoeveel ze van welke prooi hadden gegeten. Bekend was dat geuren bij het zoeken van eten een rol spelen en al vrij snel vroeg ik mij af waar die geuren vandaan kwamen.
Nu weten we dat biologische bestrijders worden beinvloed door de plant. Met die kennis kun je de kwaliteit van het gewas verbeteren. Je zou kunnen zeggen dat boeren en tuinders die roofmijten en sluipwespen inzetten voor biologische bestrijding de arbeidsomstandigheden voor deze dieren zo goed mogelijk moeten maken. De natuurlijke vijanden kunnen harde schreeuwers beter vinden dan fluisteraars.
Het illustreert het belang van fundamenteel onderzoek, meent Dicke, wiens leerstoel betaald wordt door de Uyttenboogaart-Eliasen stichting, die de entomologische wetenschap wil bevorderen. Uit de praktijk van de landbouw zou nooit iemand gevraagd hebben om het geurprofiel van planten aan te passen. Vragen uit de landbouwpraktijk en de landbouwpolitiek kunnen aangeven welk type toepassingen op korte termijn vooral aandacht moeten krijgen. Om voorbereid te zijn op vragen in de verdere toekomst is echter een investering in fundamenteel onderzoek nodig.
Genenbanken
De voortgang van mijn onderzoek is grotendeels voortgekomen uit een diepgaande interesse in het functioneren van interacties tussen planten, planteneters en insecteneters. Veel vragen ontstonden in brainstormsessies over de best mogelijke reacties die planten of dieren volgens onze inzichten moesten vertonen. Het is dan spannend om als een detective te onderzoeken of de voorspelde reacties ook werkelijk bestaan.
Met de opgebouwde kennis kun je ook teleurgestelde tuinders, bij wie biologische bestrijding niet werkte, vertellen dat het aan het ras kan liggen. Anders begint die tuinder nooit meer aan biologische bestrijding. Bij de tomaat werkt de spintmijtbestrijding bijvoorbeeld nog niet goed en bij de komkommer was de witte vlieg moeilijk met sluipwespen onder de duim te houden
Hoogleraar plantenveredeling dr ir Piet Stam vindt Dickes onderzoeksresultaten interessant voor veredelaars. Zij kunnen er echter pas wat mee als er in moderne rassen voldoende genetische variatie in geurprofielen en geurintensiteit aanwezig is en daar is nog weinig over bekend. Als er niet genoeg variatie is moeten veredelaars in genenbanken gaan zoeken. Voor de veredelaars is ook een goede, snelle en niet al te dure methode nodig om schreeuwers van fluisteraars te onderscheiden
Jasmonzuur
Dicke wil onderzoeken of fluisteraars aan te zetten zijn om schreeuwers te worden. Fundamentele kennis over de productie van geurstoffen is daarbij essentieel. Daarvoor kan de insectendeskundige terugvallen op kennis over plantenhormonen die binnen de onderzoekschool Experimentele Plantenwetenschappen aanwezig is
Waarschijnlijk leidt een hele keten van zogenaamde signaaloverdrachtstappen tot de aanmaak van enzymen die de geurstoffen kunnen produceren. Het plantenhormoon jasmonzuur moet daarbij betrokken zijn, want toediening van dit hormoon aan een onaangetaste boon brengt de productie van de geurstoffen op gang. Mogelijk kan de toevoeging van jasmonzuur aan het voedsel de plant stimuleren om de geurstoffen in hogere concentraties te produceren
Om de signaaloverdrachtketen nader te onderzoeken koos Dicke voor het veel onderzochte onkruid zandraket, met de rups van het kleine koolwitje als belager en de sluipwesp als natuurlijke vijand van de rups. Van de zandraket is veel genetische informatie bekend. We kennen ook het gedrag van sluipwespen en we hebben ontdekt dat het enzym beta-glucosidase uit het speeksel van de rupsen van het koolwitje de plant aanzet tot de geurproductie.
Met allerlei bekende mutanten van de zandraket is te achterhalen wat de stappen zijn die een rol spelen bij de signaaloverdracht in de plant. Je kunt dan onderzoeken of een mutant waarin een bepaalde stap is uitgeschakeld wel of geen geuren produceert als hij belaagd wordt. Dat belagen bootsen de onderzoekers eenvoudig na door de plant met een schuurpapiertje te beschadigen en dan beta-glucosidase op de wond te druppelen
Samenspel
Een van Dickes nieuwe aio's bracht de voor dit onderzoek benodigde moleculair-biologische kennis mee en wordt nu bijgeschoold in de gedragsbiologie. Dicke, van huis uit bioloog met scheikunde als bijvak, is zelf nooit actief met moleculaire biologie bezig geweest. Prof. dr ir Maarten Koornneef, specialist op het gebied van genetische aspecten van de zandraket, zal waar nodig ondersteuning bieden
Dicke vindt het een uitdaging in zijn vakgebied niet alleen onderzoeksvragen en antwoorden uit verschillende wetenschapsgebieden te integreren, maar ook verschillende werkwijzen op elkaar af te stemmen. In de ecologie en de evolutiebiologie wordt bijvoorbeeld intensief gezocht naar variatie en de rol daarvan in het proces van natuurlijke selectie. In de moleculaire biologie en de chemie is juist weinig aandacht voor variatie; daar willen onderzoekers mechanismen ophelderen
Het integreren van hoe- en waarom-vragen levert een interessant samenspel op. Je kunt pas onderzoeken waarom planten vijanden aantrekken als je weet dat dat gebeurt. Andersom kun je mechanismen beter begrijpen als je weet hoe bepaalde plantenprocessen in een ecosysteem functioneren. Interdisciplinaire projecten hebben me altijd aangetrokken. Je moet veel moeite doen om elkaars taal te begrijpen. Als de interesse van twee kanten komt, kun je een heel eind komen.
De symbiose tussen Organische chemie en Entomologie
Insecten zijn soms gevoeliger voor specifieke chemische stoffen dan grote, ingewikkelde apparatuur van miljoenen guldens, vertelt dr Maarten Posthumus, die vanuit het laboratorium voor Organische chemie een dienstverlenende functie heeft voor de rest van Landbouwuniversiteit. Posthumus analyseerde de vluchtige stoffen die Dicke boven een aangetaste bonenplant opving in een buisje met absorptiemiddel. De meeste geurstoffen kon Posthumus met gaschromatografie en massaspectrometrie identificeren
Een stof heeft Organische chemie veel hoofdbrekens opgeleverd. De onderzoeksgroep van Teris van Beek heeft zich daar een half jaar op stukgebeten, zegt Posthumus. Van Beek herinnert zich dat ze door het gebruik van enigszins verouderde apparatuur op de verkeerde brutoformule voor het molecuul terecht waren gekomen. Om de stof met een gevoeligere techniek te meten, was een grotere hoeveelheid stof nodig. Daarom heeft een student duizenden bonenplanten bemonsterd. De chemici vonden een toen nog onbekende stof die niet eerder was beschreven in de organisch-chemische literatuur. Later bleek het een in de natuur veel voorkomende stof te zijn. Een paar Zwitsers publiceerden het net een paar maanden voordat wij onze publicatie klaar hadden. Dat was erg jammer want het is een veel geciteerde publicatie, vertelt Van Beek
Volgens Posthumus heeft Dicke geluk gehad dat hij begonnen is met de bonenplant. Recent onderzoek aan gerberaplanten laat zien dat die meer dan honderd componenten afscheiden als ze zijn aangetast door spintmijt, terwijl schoon blad geen enkel signaal geeft. Een nieuwe aio bij Organische chemie gaat nu een methode ontwikkelen om zulke grote aantallen componenten te scheiden. Het is vooral lastig om een deel van de componenten weer opnieuw in de gasfase te brengen. Je mag onderweg geen verbindingen kwijtraken en vluchtige verbindingen ontsnappen waar je bij staat, vertelt Van Beek. Een nieuwe chemische analysemethode is voor de entomologen van belang om uit te kunnen zoeken hoeveel en welke stoffen van het mengsel natuurlijke vijanden aantrekken
Van Beek ziet de samenwerking met Entomologie als een aardige symbiose. Ze hebben daar problemen die ze zelf niet kunnen oplossen en het levert ons interessante onderzoeksvragen. Wij kunnen die problemen zelf niet verzinnen.

Re:ageer