Plantaardige vampieren
Parasitaire planten vormen een enorm probleem voor de landbouw in Afrika. Onderzoekers proberen gewassen hier tegen te wapenen, met genomics.
- Parasitaire plantjes
Planten die bloed drinken? Nou, niet helemaal, maar er zijn planten, die zichzelf niet kunnen bedruipen en voor hun overleven geheel afhankelijk zijn van een andere plant. Deze parasitaire planten maken op ingenieuze wijze misbruik van de communicatie van hun potentiële gastheren met andere, voor de plant wel nuttige, bodemorganismen. Parasitaire planten veroorzaken miljarden euro’s schade in de landbouw en zijn mede de oorzaak van hongersnood in grote delen van Afrika. Om deze parasieten aan te kunnen pakken moeten we ze eerst beter leren kennen. Genomics is daarvoor noodzakelijk.
Parasitaire planten
- Detail van de parasiet
Parasitaire planten zoals striga en bremraap zijn vaak heel bijzondere plantjes. Dit mooie uiterlijk is echter nogal misleidend, want we kunnen hier te maken hebben met echte killers. De parasitaire planten groeien namelijk op de wortels van een andere plant, hun gastheer. Via een speciaal daarvoor ontwikkeld orgaan, een haustorium, sluit de parasiet aan op het vatenstelsel van de gastheer. Vervolgens ontdoen ze hun gastheer vakkundig van voedsel en water. Deze lijdt daar soms flink onder: in sommige gevallen kan de zaadopbrengst van een geparasiteerde gastheer volledig verloren gaan. In Afrika leidt dat soms tot volledig mislukte oogsten van sorghum, maïs en gierst. De parasitaire planten kunnen niet zelf voor voeding en water zorgen. Zij hebben zich volledig gespecialiseerd in het uitvreten en laten het werken graag over aan hun gastheer.
- Parasitaire plantjes op de wortels van een gastheerplant
De specialisatie in het uitvreten brengt ook risico’s met zich mee, want de parasiet is echt volledig afhankelijk van zijn gastheer. Als de zaden van deze parasieten kiemen terwijl er geen gastheer-wortel in de buurt is, dan zijn ze ten dode opgeschreven. Parasitaire planten hebben daarom nog een speciale eigenschap ontwikkeld. Hun zaden kiemen alleen als ze een stofje waarnemen dat wordt geproduceerd door de wortels van hun gastheer, in tegenstelling tot de zaden van andere planten, die kiemen als er voldoende water, licht en nitraat aanwezig is. De parasieten zijn uiterst gevoelig voor dit stofje en kunnen er zelfs extreem kleine hoeveelheden van aantonen.
Zelfmoord signaal?
Waarom produceert de gastheer deze stof eigenlijk, zou je je kunnen afvragen. Dat was tot een half jaar geleden onduidelijk. Maar toen heeft een Japanse onderzoeksgroep ontdekt dat planten deze stoffen, strigolactonen genoemd, produceren om nuttige bodemschimmels aan te trekken. Deze bodemschimmels worden mycorrhiza-schimmels genoemd. Ze groeien over en in de wortels van hun gastheer en gaan met hun mycelium-draden de grond in. Daarmee helpen ze de plant om voedingsstoffen uit de bodem op te nemen. In ruil daarvoor bezorgt de plant de schimmel suikers, die hij produceert met behulp van de fotosynthese. Net als bij de parasitiaire planten, heeft de mycorrhiza-schimmel een signaalstof nodig om te merken dat zijn gastheer in de buurt is. Komen sporen van de schimmel met die stof in aanraking dan beginnen ze te kiemen en te vertakken en in of over de wortels van de gastheer te groeien. De parasitaire planten maken simpelweg misbruik van dit signaal om ook hun gastheer te kunnen vinden, en de gastheer kan het signaal niet missen omdat hij de mycorrhiza-schimmels nodig heeft.
Nederlands onderzoek
De sleutel voor een oplossing van het parasitaire planten probleem ligt in een beter begrip van deze ingewikkelde driehoeksrelatie tussen plant, parasiet en schimmel. De Wageningse onderzoeker Harro Bouwmeester heeft eind 2005 een belangrijke NWO beurs gekregen om hier onderzoek naar te doen. Samen met Nijmeegse organisch chemici en Wageningse moleculair biologen gaat Bouwmeester achterhalen hoe de strigolactonen, de signaalstoffen om schimmels aan te trekken, worden gemaakt in de wortels van de gastheer. Met die wetenschappelijke kennis hoopt hij planten te kunnen maken die de parasieten niet meer uit hun sluimer zullen wekken. Belangrijke fundamentele vragen die met het onderzoek moeten worden beantwoord zijn verder hoe flexibel de parasieten met de signaalstof kunnen omspringen; kunnen ze zich bijvoorbeeld snel aanpassen aan een nieuwe of veranderde signaalstof?
Wat kan genomics hieraan bijdragen?
Het is duidelijk dat dit een zeer complexe studie is waarvoor alle moderne technieken uit de kast moeten worden gehaald. Bouwmeester is dan ook van plan alle zogenaamde omics-technieken in te schakelen: metabolomics om uit te vinden hoe de signaalstof gemaakt wordt en transcriptomics om de genen te vinden die de productie van de signaalstof sturen. Omdat het onderzoek erg veel gegevens oplevert, zal Bouwmeester bioinformatica nodig hebben voor het aan elkaar verbinden van deze gegevens. Ook hopen de onderzoekers om ook onder de grond de rol van signaalstoffen op te helderen - in de relatie tussen gastheer, parasitaire plant en mycorrhiza schimmel. Uiteindelijk hoopt men om een bijdrage te leveren aan het oplossen van een groot probleem in de Afrikaanse landbouw.
