Wetenschap - 27 augustus 1998

Op zoek naar de achilleshiel van de schimmel

Op zoek naar de achilleshiel van de schimmel

Op zoek naar de achilleshiel van de schimmel
Nieuwe tactiek om duurzame schimmelresistentie op te sporen
Planten die resistent zijn tegen een schimmel, herkennen die schimmel aan een van zijn eiwitten en ondernemen vervolgens actie. Lukt het de schimmel te overleven zonder dat eiwit, dan is de resistentie van de plant doorbroken. Om sterkere resistentiegenen te vinden gingen Wageningse fytopathologen op zoek naar de achilleshiel van de schimmel Cladosporium: een eiwit dat hij niet kan missen. In de toekomst hopen de onderzoekers op deze manier ook een sterk resistentiegen tegen de aardappelziekte fytoftora te vinden
Resistenties tegen schimmels worden in landbouwgewassen vaak doorbroken, vertelt ir Richard Lauge, vierdejaars assistent in opleiding bij het laboratorium voor Fytopathologie. Op het moment dat het resistentiegen een bepaald eiwit van de schimmel herkent, valt de plant de schimmel aan met de tactiek van de verschroeide aarde (zie kader). En dan is het kiezen of delen voor de schimmel: verder leven zonder dat eiwit of ten onder gaan aan toxische stoffen en een gebrek aan voedingsstoffen. De schimmel kiest er dan vaak voor het gen dat codeert voor het herkende eiwit uit zijn genoom te gooien. Dat kan echter alleen als de schimmel verder kan leven zonder dat eiwit. Alleen dan kan hij de plant weer onopgemerkt binnensluipen, als een dief in de nacht
Lauge en zijn collega's bij het laboratorium voor Fytopathologie proberen nu de schimmel te slim af te zijn. Ze verzonnen een tactiek om duurzame resistenties op te sporen. Daarvoor zoeken ze naar een eiwit dat voor de overleving van de schimmel van essentieel belang is. Vervolgens zoeken ze een plant met een resistentiegen dat juist dat ene eiwit herkent. We gaan als het ware op zoek naar de achilleshiel van de schimmel. Deze nieuwe aanpak publiceerden de fytopathologen deze zomer samen met onderzoekers van het laboratorium voor Plantenveredeling in het prestigieuze tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA
Je kunt het vergelijken met ruimtewezens die mensen willen herkennen en daarvoor zoeken naar blond haar. Mensen die niet herkend willen worden, kunnen makkelijk hun haar verven zonder eronder te lijden, vertelt Lauge's promotor, prof. dr ir Pierre de Wit. Maar als ruimtewezens mensen herkennen aan hun hart, kan geen mens zich aan hun zicht onttrekken
Voortbestaan
Het is een hele andere benadering dan veredelaars tot nu toe gebruiken. Veredelaars zoeken resistente planten door grote hoeveelheden planten met een bepaalde schimmel te besmetten. Ze zijn blij als ze een plant vinden die niet is aangetast, maar dan weten ze helemaal niet tegen welke factor van die schimmel de plant resistent is, meent De Wit. Veredelaars willen graag snel resultaat zien. Via hun selectie pikken ze alleen maar resistentie tegen het opvallendste eiwit eruit, waar de plant heel sterk op reageert. Het is dan de vraag of ze resistent zijn tegen een eiwit dat essentieel is voor het voortbestaan van de schimmel
Het eiwit ECP2 bleek heel belangrijk te zijn voor het voortbestaan van de schimmel Cladosporium fulvum, een belager van de tomaat. We weten nog niet wat de functie van dit eiwit voor de schimmel is, maar als we het uit de schimmel verwijderen, groeit hij slecht en veroorzaakt hij nauwelijks nog ziekteverschijnselen bij de plant, vertelt Lauge
Lauge vond het eiwit ECP2 in alle Cladosporium-varianten die hij onderzocht. In totaal waren dat er 25. Ze kwamen uit heel de wereld, van Nieuw-Zeeland tot Frankrijk en van Zuid-Amerika tot Japan. En tussen 21 tomatenplanten waarvan bekend was dat ze een resistentiegen tegen Cladosporium bezaten, vond Lauge een plant met een resistentiegen tegen het ECP2-eiwit
Lauge's promotor denkt dat de kans gering is dat de schimmel deze resistentie kan doorbreken. Lauge zelf: Om het echte bewijs te leveren, moet je de resistente plant meer dan drie jaar op grote schaal telen. Anders weet je nooit zeker of de schimmel niet een manier vindt om de resistentie te ontwijken. De plant herkent namelijk de structuur van het eiwit en niet zijn functie. Misschien kan de schimmel het deel van het eiwit dat de plant herkent wijzigen zonder dat het eiwit zijn functie in de schimmel verliest. Maar onze aanpak is de beste aanpak die we nu tot onze beschikking hebben, stelt Lauge
Wilde planten
Op dit moment is Lauge tussen neven en nichten van de commerciele tomatenplant op zoek naar resistentiegenen tegen allerlei eiwitten van Cladosporium. Hij zoekt tussen wilde planten uit Peru, Ecuador en Chili, het gebied waar de tomaat oorspronkelijk vandaan komt. Er lijkt voor elk eiwit van de schimmel wel een plant te zijn met een resistentiegen. En dat levert een batterij aan reserve-resistentiegenen op. Behalve het sterke resistentiegen dat ECP2 herkent, kunnen mogelijk ook die andere resistentiegenen via genetische modificatie in commerciele tomatenplanten worden geplaatst. Mocht het sterkste resistentiegen dan toch doorbroken worden, dan kan een ander resistentiegen het werk voortzetten
Dit gebeurt van nature ook al in tomatenplanten, ontdekte Lauge. We dachten altijd dat Cf9 een heel sterk resistentiegen was. Maar nu blijkt dat als de resistentie van dat gen doorbroken is, de schimmel een ander gen voor zijn kiezen krijgt. Er is pas een schimmelvariant gevonden die beide genen kan doorbreken, maar dan houd je waarschijnlijk een kreupele schimmel over, vertelt De Wit
Modelsysteem
Cladosporium en tomaat zijn voor de fytopathologen vooral een modelsysteem. Lauge: De keer dat ik in de zomer in tomatenkassen werkte, heb ik nooit Cladosporium gezien. Commercieel gezien is resistentie tegen Cladosporium niet zo interessant. Als we met het onderzoek naar de schimmel Phytophthora al zo ver waren, zouden er zo tien bedrijven met ons willen samenwerken, vertelt De Wit. Maar Phytophthora is voor de onderzoekers een veel moeilijkere schimmel. Bij deze schimmel is het pas sinds kort mogelijk om een gen uit te schakelen, vertelt dr ir Francine Govers. Daarmee is het eerste succes geboekt. Govers onderzoeksgroep heeft een eiwit van Phytophthora gevonden dat bij een familielid van de aardappel, namelijk tabak, de tactiek van de verschroeide aarde in gang zet. In september publiceert The Plant Cell hun artikel. Nu dit eenmaal gelukt is, kunnen de onderzoekers ook genen opsporen die voor andere eiwitten coderen. En dan is de tactiek van Lauge weer toe te passen: op zoek gaan naar de achilleshiel van Phytophthora
Wordt er vervolgens een sterk resistentiegen in tabak gevonden, dan is dat gen via genetische modificatie naar een modern aardappelras over te brengen. Veredelaars kunnen ook resistentiegenen die in een gewas gevonden zijn via klassieke veredelingstechnieken inkruisen in commerciele rassen van hetzelfde gewas
De Wit vindt dat zijn leerstoelgroep op deze manier werkt aan een natuurlijke vorm van resistentie, ook al komt die via genetische modificatie tot stand. Met genetische modificatie doen we niets raars. Het is ook niet gevaarlijk. We gebruiken natuurlijke genen uit de familie van de plant. Zo help je de natuur een handje. De resistentiegenen die wij zoeken zijn niet meer dan een knopje dat een bestaand mechanisme in de plant kan aanzetten.
Verschroeide aarde
De tactiek van de verschroeide aarde zet een plant in gang als zij via een specifiek eiwit een schimmel herkent als ongewenste indringer. Dat specifieke eiwit van een schimmel kan samen met een eiwit van een resistente plant een hele reactieketen in gang zetten die uiteindelijk uitmondt in zelfmoord van cellen rond de plaats waar de schimmel de plant wil binnendringen. Ook gaan de plantencellen in de omgeving giftige stoffen produceren tegen de schimmel
De tactiek van de verschroeide aarde is een belangrijk verdedigingsmechanisme voor planten. Als planten iets vreemds herkennen, zetten ze in negentig procent van de gevallen dit mechanisme in werking. Niet alleen tegen schimmels, maar ook tegen bacterien en virussen
De genen in planten die eiwitten van zowel schimmels, bacterien, nematoden als insecten herkennen, lijken erg op elkaar. Ze coderen voor een eiwitfamilie met enorme mogelijkheden aan variatie. Die variatie is waarschijnlijk ontstaan door duplicaties van een beperkt aantal genen, waarin veel mutaties zijn opgetreden. Een kleine mutatie in zo'n resistentiegen kan al genoeg zijn om weer een ander eiwit van een binnendringer te herkennen
Onderzoeksvrijheid
De Fransman ir Richard Lauge kreeg van zijn begeleiders veel vrijheid om een onderzoeksrichting voor zijn aio-project uit te kiezen. Maar je weet niet of je die vrijheid juist zal gebruiken en of je geluk hebt. In een kamer waar nog zeven andere aio's een bureau hebben, vertelt Lauge dat hij eerst drie andere dingen probeerde, die niet succesvol waren
Lauge, wiens onderzoek wordt gefinancierd door de Europese Unie, probeerde bijvoorbeeld cellen te fuseren van schimmels die geen natuurlijke seksuele voortplanting hebben. Zo wilde hij informatie verkrijgen over de genetische kaart van de schimmels. Maar het fuseren van de cellen en de daaropvolgende analyse duurde te lang. Hij is ook op zoek geweest naar de functie van het schimmeleiwit AVR9 in de schimmel zelf. Maar uit zijn experimenten waren geen duidelijke conclusies te trekken
Het is uiteindelijk goed uitgepakt. Lauge ging op zoek naar een eiwit dat belangrijk is voor de schimmel Cladosporium en dat door een tomatenplant herkend kan worden. Dat was de onderzoekslijn die hem het artikel in de Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA opleverde. Lauge, terugkijkend op al zijn onderzoeksinspanningen: Je moet dingen proberen. Als ik iets nieuws bedenk, moet ik het testen. Ik weet dan van tevoren dat er veel niet zal lukken. Maar wat er in het begin een beetje eigenaardig uitziet, kan wel nieuwe inzichten opleveren.
Virus als fopschimmel
Om te testen of een plant een bepaald eiwit van een schimmel herkent, gebruiken de onderzoekers een genetisch gemodificeerd virus dat het schimmeleiwit produceert. Het virus produceert het schimmeleiwit tijdens zijn verspreiding door de plant. Een resistente plant herkent het schimmeleiwit pas als het virus al weer verder is en slaagt er niet meer in haar aanvaller op een plaats te isoleren. De plant denkt dat zij overal door een schimmel wordt aangevallen, laat overal cellen zelfmoord plegen en sterft af. Zo kunnen de onderzoekers snel zien dat de plant een resistentiegen tegen het schimmeleiwit heeft

Re:ageer