Wetenschap - 21 september 2018

Hoe ontwapen je Phytophthora? Francine Govers: ‘We zoeken zijn zwakke plekken’

tekst:
Albert Sikkema

De veroorzaker van de aardappelziekte, Phytophthora infestans, is een heel behendig en hardnekkig micro-organisme. Maar dankzij nieuwe benaderingen krijgen onderzoekers zijn zwakke plekken steeds duidelijker in beeld. De tussenstand in de wapenwedloop tussen ziekteverwekker en aardappel.

Illustratie: Steffie Padmos

Veredelaars claimen geregeld dat ze een nieuw aardappelras hebben ontwikkeld dat resistent is tegen het schadelijke micro-organisme Phytophthora infestans (zie kader). Ze hebben dan een resistentie-gen ingekruist dat de schimmelachtige buiten de deur zou houden. Francine Govers, persoonlijk hoogleraar Fytopathologie en een groot Phytophthora-kenner, maakt nooit zulke claims. Ze weet dat de hardnekkige ziekteverwekker niet te stoppen is met een enkel resistentie-gen en de verdedigingslinies van zo’n nieuwe aardappel vroeg of laat omzeilt.

Daarom zoekt WUR naar zwaardere middelen om aardappels tegen Phytophthora te beschermen. Ten eerste kijken Govers en collega’s bij het Laboratorium voor Plantenveredeling hoe ze de verdediging in de aardappel met nieuwe technieken duurzaam kunnen versterken. Ten tweede kijken ze hoe ze de aanvalswapens van Phytophthora, de zogeheten effectoren, kunnen uitschakelen. Deze eiwitten dringen de cellen van de aardappelplant binnen en onderdrukken daar de afweer. Ten derde kijkt de groep hoe je Phytophthora zo kunt ‘verblinden’ dat hij de weg naar de aardappel niet meer weet te vinden. De vorderingen van het onderzoek staan beschreven in drie recente proefschriften en een publicatie in PLOS Pathogens. Govers geeft daar op verzoek van Resource toelichting bij.

Verschroeide aarde

Eerst de verdediging van de aardappel. Phytophthora moet door twee verdedigingslinies om schade aan te richten aan de plant. De eerste is de celmembraan. Daar liggen receptoren die indringers herkennen. Zo’n drie jaar geleden vond Plantenveredeling een receptor die alle stammen van Phytophthora infestans herkent. Promovendus Manos Domazakis deed er nader onderzoek naar, maar vond nog geen praktische aanknopingspunten voor versterking van de afweer.

Phytophthora muteert makkelijk en kan honderden verschillende aanvalseiwitten maken.

De tweede verdedigingslinie ligt ín de plantencel. Cellen van aardappelrassen met ingekruiste resistentiegenen maken eiwitten die lokale celdood veroorzaken rond de plaats van infectie. Deze tactiek van de verschroeide aarde werkt goed, maar er is een probleem. ‘Omdat Phytophthora makkelijk muteert of stukken DNA weggooit, en wel zo’n driehonderd verschillende effectoren kan maken, zijn er altijd wel stammen die niet herkend worden door de nieuwe rassen. Voor volledige verdediging heb je een flinke serie resistentiegenen nodig die ieder een andere effector herkennen’, zegt Govers.

Buskruit

Het blijkt dus lastig om de verdedigingslinies van aardappel tegen Phytophthora hermetisch af te sluiten. Daarom wil de groep van Govers ook meer weten over de wapens van de aanvaller. Er bestaan heel veel Phytophthora-soorten die een breed scala aan planten als gastheer hebben en elke soort maakt zijn eigen arsenaal aan effectoren aan. Het enige dat deze verschillende effectoren gemeen hebben, is een klein motief van vier aminozuren.

Daarmee hebben de onderzoekers iets essentieels te pakken, want alle effectoren hebben dat motief nodig om de plantencel te kunnen binnendringen. Anders gezegd: als bij alle aanvallen buskruit wordt gebruikt, hoef je alleen buskruit onschadelijk te maken. Daarom hopen de onderzoekers iets te vinden dat de werking van dit motief van aminozuren kan verstoren.

Govers’ promovendus Chara Schoina vond drie genen in Phytophthora die coderen voor enzymen die mogelijk een bijdrage leveren aan het goed functioneren van het motief, zeg maar de ‘buskruitgenen’. Nader onderzoek aan twee van deze genen wees uit dat ze een enzym aanmaken dat effectoren in stukjes knipt, waardoor die op de juiste plek in de plantencel terechtkomen om de afweer te onderdrukken. Govers: ‘Als je dit enzym kunt remmen, komt Phytophthora niet of moeilijker de plantencel binnen.’ Er moet nog meer onderzoek plaatsvinden, maar wellicht staat hier een biologisch bestrijdingsmiddel in de kinderschoenen.

Antennes uitschakelen

Ondertussen spit de groep van Govers ook nog dieper in de geheimen van Phytophthora. Daarbij kijken ze de kunst af van de geneeskunde. ‘Medische wetenschappers zoeken in pathogenen naar heel specifieke processen, bijvoorbeeld een unieke biochemische reactie’, zegt Govers. ‘Als je zo’n proces platlegt, is de ziekte bestreden – zo werken veel medicijnen.’

Promovendus Johan van der Hoogen keek naar de GPCR’s, een groep van receptoren in cellen die signaleren wat zich buiten de cel afspeelt, bijvoorbeeld de aanwezigheid van feromonen of een fysieke barrière. De mens heeft zo’n 1000 GPCR’s, Phytophthora 132. Het is aannemelijk dat de ziekteverwekker onder meer GPCR’s heeft die de nabijheid van een aardappelplant ‘voelen’ en de aanvalseiwitten activeren. Schakel je deze antennes uit, dan verliest Phytophthora het vermogen om potentiële slachtoffers te lokaliseren.

Alternatief bestrijdingsmiddel

‘Van één GPCR wisten we al dat Phytophthora zonder deze receptor het hele gevoel voor de omgeving verliest’, vertelt Govers. Van der Hoogen ontdekte echter dat deze receptor aanwezig was in 21 soorten waterige microben die leven in dezelfde habitat als Phytophthora. Of hij deze receptor kan platleggen zonder een heel ecosysteempje aan te tasten, moet nog blijken. Vier andere receptoren zijn wel uniek voor Phytophthora, vond Van der Hoogen. Die bieden aanknopingspunten voor alternatieve bestrijdingsmiddelen die andere organismen ongemoeid laten.

Een mogelijk bestanddeel van zo’n bestrijdingsmiddel is een ligand, een molecuul dat specifiek bindt aan een GPCR en zo de receptor activeert. Daarmee kun je een receptor overvoeren en platleggen, zoals je in een DDOS-aanval een computer platlegt met een bombardement aan berichten. Op dit moment wordt onderzocht of een flavonoïde dienst kan doen als ligand en de omgevingsantenne van Phytophthora kan platleggen.

Zwakke plekken

‘We zoeken de zwakke plekken van Phytophthora’, vat Govers de onderzoeksstrategie samen. En hoewel de zoektocht nog lang niet ten einde is, tekenen zich langzaam maar zeker de contouren af van een alternatieve aanpak. Eentje die op den duur hopelijk de huidige chemische bestrijdingsmiddelen overbodig zal maken en de economische schade door de aardappelziekte kan beperken.

 

Macroschade door micro-organisme

Phytophthora infestans is de veroorzaker van de aardappelziekte fytoftora. De oömyceet (waterschimmel of pseudoschimmel) tast de bladeren en stengels van aardappelplanten aan. De ziekte kan nu alleen met chemische middelen worden bestreden. Die kosten Nederlandse akkerbouwers tussen de 80 tot 120 miljoen euro per jaar, schatte WUR in 2014. Daarnaast lopen de boeren jaarlijks ongeveer 11 miljoen euro aan opbrengt mis door de ziekte. Wereldwijd lopen de kosten in de miljarden. De bestrijdingsmiddelen veroorzaken bovendien grote milieuschade.

Re:acties 1

  • Lukie Pieterse (Potato News Today / Global Potato News magazines)

    Congratulations and many thanks to Prof Francine Govers and her dedicated colleagues and research team on such most valuable work done on behalf of the global potato industry at WUR!


Re:ageer