De strijd tussen plant en ziekteverwekker is eeuwigdurend

Aan de strijd tussen ziekteverwekkers en gewassen komt geen einde. Inspanningen van onderzoekers om het mechanisme van aanvallende belagers en verdedigende planten te ontrafelen ten spijt, blijft het een loopgravenoorlog waarbij de één de ander hooguit tijdelijk te slim af zijn.

De plantenkwekers hebben het nakijken: “Al is de veredelaar nog zo snel, het pathogeen achterhaalt hem wel”, vat prof.dr.ir. Pierre de Wit, hoogleraar Fytopathologie aan Wageningen University, de eeuwige strijd samen.

Toch is de inzet van de medewerkers van de leerstoelgroep Fytopathologie niet vergeefs. Door de gewassen een handje te helpen en de ‘vijand’ beter te leren kennen, zijn zij in staat het voordeel voor de waardplanten zo lang mogelijk te rekken. Pas op het moment dat de ziekteverwekker de verdedigingslinie doorbreekt kan het pathogeen zich weer met succes verspreiden. Het is dan wel prettig wanneer de onderzoeker nog enkele resistentiegenen achter de hand heeft.

De lange geschiedenis van het selecteren van landbouwgewassen op kenmerken als productiviteit, smaak of voedingswaarde, heeft de kwaliteit en opbrengst van de gewassen in de loop van eeuwen aanzienlijk verhoogd, maar heeft ook verlies opgeleverd. Vele van de genen die de plant beschermen tegen belagende insecten, aaltjes, schimmels, bacteriën of virussen zijn in dat selectieproces vaak verloren gegaan. “De resistentiegenen met duidelijke zichtbare grote effecten hebben de veredelaars opgespoord en in hun hoogproductieve gewassen ingekruist”, legt prof. De Wit uit. “Vaak waren dat resistenties gebaseerd op één dominant gen. Tegelijk is het een zwakte, want één resistentiegen – monogene resistentie – kan gemakkelijk doorbroken worden.”

Rond resistentiegenen is de wetenschap de afgelopen decennia sterk gevorderd. “In Wageningen hebben we in de jaren ’90 als eerste een schimmelgen ontdekt dat een eiwit produceert dat door een bijpassend resistentiegen van de plant herkend wordt. Onze kennis over de wisselwerking tussen genen van de schimmel en de plant (de gen-om-gen relatie) is inmiddels sterk toegenomen We weten nu wat die schimmelgenen en resistentiegenen doen”, aldus prof. De Wit. “En we weten ook dat je de kans op doorbreken van de resistentie kunt verkleinen door meerdere genen in het gewas in te kruisen”. Hij rekent voor: “Stel dat van een schimmel die een miljoen nakomelingen produceert er één nakomeling is met het vermogen de resistentiebarrière te doorbreken. De kans dat het pathogeen twee resistentiegenen doorbreekt is dan één op de 1.000.000.000.000. Bij drie resistentiegenen is die kans op doorbraak nog een miljoen keer kleiner (één op de 1.000.000.000.000.000.000).”

Via het traditionele kruisen duurt het voor de meeste gewassen acht tot tien jaar voordat ze van twee resistentiegenen voorzien zijn samen met de juiste teelteigenschappen. Bovendien is het inbrengen van meerdere resistentiegenen technisch niet altijd mogelijk omdat ze vaak op eenzelfde plaats op het chromosoom zitten (het zijn allelen van elkaar waarvan er maar één tegelijk aanwezig kan zijn) of omdat het gewas geen vruchtbaar zaad aanmaakt, zoals bij de banaan.

Een andere mogelijkheid om resistentiegenen in gewassen in te bouwen is met behulp van genetische modificatie (gmo-planten). Met stapelen van resistentiegenen via gmo wordt het inbouwen van resistentiegenen in gewassen met ongeveer de helft bekort en dat kunnen vele jaren zijn, afhankelijk van het gmo-gewas, meent prof. De Wit.

Zoeken en vinden

“Probleem is dat we nog niet alle resistentiegenen kennen,” merkt Pierre de Wit op. “Uit onderzoek blijkt dat de resistentiegenen niet willekeurig zijn verdeeld over het genoom van de plant. Ze komen veelal in clusters voor. Als je een resistentiegen vindt, weet je dat andere wellicht in de buurt liggen. Vermeende resistentiegenen, opgespoord uit het scala van zo’n 25.000 plantengenen, worden op hun effect onderzocht in het laboratorium en de kas. Een resistentiegen is sterk wanneer het een belangrijk schimmeleiwit herkent (Achilleshiel). De schimmel kan zo’n gen niet makkelijk omzeilen, want dan wordt hij kreupel. Op die manier zijn inmiddels vele schimmelgenen en bijpassende resistentiegenen ontdekt. Helaas zijn niet alle resistentiegenen tegen belangrijke schimmeleiwitten gericht. Momenteel wordt naarstig gezocht naar aardappelresistentiegenen die dit soort eiwitten bij de ’plantendoder’ phytophthora herkent. Maar voor die in het pootgoed zijn ingebracht zijn we tien jaar verder.”

Nieuwe ontwikkelingen

In het komende decennium gaan onderzoekers de kennis over resistentiegenen en bijpassende schimmelgenen uitbouwen, gebruikmakend van moleculaire biologie, en genomics. We proberen door de genomen van schimmels te vergelijken en na te gaan of schimmelgenen belangrijk zijn voor de aantasting van verschillende planten en ‘superachilleshielen’ op te sporen die door een resistentiegen herkend worden. “Op basis van vergelijking van hun DNA-sequentie kan je uitzoeken welke belangrijke aanvalswapens verschillende schimmels die verschillende planten aantasten gemeenschappelijk hebben en hun in staat stellen planten zoals tomaat, tarwe, banaan of de dennenboom aan te tasten. Als je hiertegen een resistentiegen vindt dan zou dat in verschillend planten kunnen worden ingebracht ” zegt Pierre de Wit.

“Door genomen van veel schimmels te vergelijken zie je ook patronen. Zo bezitten de genomen van an de schimmel die de tomaat infecteert, of dat van tarweschimmels, dennenschimmels of een bananenschimmel, soms een vergelijkbaar wapenarsenaal. Daardoor kan het in beginsel gunstig uitpakken als je een resistentiegen uit een van die planten inbouwt in een andere plant. Op die manier zou de banaan, die alleen vegetatief is te vermeerderen, van zijn bedreigende schimmels af kunnen komen met resistentiegenen uit tomaat. We maken dan optimaal gebruik van wat de natuur ons biedt en dat zou jaarlijks vele chemische bestrijdingen uitsparen. Inbouwen van meerder genen tegelijk moet dan wel via genetische modificatie. De kans op doorbreking is dan stukken kleiner. Maar het blijft een eeuwige strijd”, aldus prof. de Wit.