Death from below: Kan vaccinatie tomatenplanten beschermen tegen ninja-wormen?

DOOR NELE SCHOUTEDEN. Om met onze landbouw een hongerige wereldbevolking te voeden doen we alles om de oogst veilig te stellen door het neerslaan van elke plaag. Elke plaag? Neen, een klein wormpje blijft hardnekkig weerstand bieden en heeft de macht om jouw toekomstig dieet enkel uit broccoli en spruiten te laten bestaan – tenzij we er iets aan proberen te doen, uiteraard.

Geschreven door Nele Schouteden. Nele heeft vier jaren als doctoraatsstudent in het Laboratorium voor Tropische Plantenteelt onderzoek verricht op wortelknobbelnematoden, kleine wormpjes in de bodem die ongemoeid leiden tot erg desastreuze gevolgen voor landbouwers overal ter wereld.
nele-schouteden

Nele Schouteden

De bodem kent vele geheimen, maar één ding is zeker: het is er nooit rustig. Terwijl je dit artikel leest, zijn er in de bodem talrijke lelijke oorlogen aan de gang tussen onze geliefkoosde planten en diegene die van hun willen profiteren.

Eén van die profiteurs is het wormpje met de wel zeer welluidende naam Meloidogyne incognita (vrij vertaald: “onbekende appelvormige”). Dit wormpje kan men beschouwen als een ninja, waarbij het wortelstelsel van de plant fungeert als het kasteel dat het wormpjes-levenselixir herbergt.

Dit klinkt niet meteen verontrustend, ware het niet dat dit levenselixir ook broodnodig is voor de plant zélf – zonder gezonde wortels, heb je namelijk geen plant. Verontrustender wordt het als men beseft dat er vandaag geen enkel product tegen dit wormpje op de markt is. Er is geen enkel product dat én duurzaam én veilig is, én daarenboven voldoende werkt om het wormpje te doden (fun fact: deze wormpjes hebben neurobiologisch heel wat gemeen met mensen, waardoor uitstekende producten tegen de wormen ook prima werken tegen mensen).

Dit maakt het wormpje zeer problematisch en met de opwarming van de aarde gaat het probleem nog erger worden, zeker omdat het zaaien van planten die de worm niet lust, een standaardmethode bij andere ziektes, bijna geen optie is: tachtig procent (80!) van de door ons eetbare planten kan worden aangetast door dit wormpje… Ieks!

nina-worm

Onze hoofdrolspeler: ninja-worm Meloidogyne incognita © William Wergin and Richard Sayre.

Ninja-worm?

Het wormpje, onzichtbaar voor het blote oog, heeft het talent ongemerkt in plantenwortels binnen te dringen, om zich daar in heuse ninja-stijl een weg te banen naar de kern van de wortel – niet toevallig het meest sappige gedeelte. Eenmaal de plant beseft dat het wormpje binnengedrongen is, is het eigenlijk al te laat: de plant zélf wordt dan ter plaatse in de wortel omgevormd tot één grote voedselbrij.

Vervolgens verliest het wormpje de mogelijkheid om te bewegen omdat het evolutionair gezien niet meer nodig was om te kunnen bewegen én omdat stilzitten nu eenmaal minder energie kost –nu kan ie volop eitjes produceren. Het feit dat ie niet meer kan bewegen, getuigt eigenlijk van het gemak waarmee ie eigenlijk de plant naar believen kan manipuleren. Dus om het in de woorden van Béyoncé te zeggen “I came here to slay, bitch”.

Vaccinatie van planten

De plant laat zich normaliter niet zomaar doen en heeft vele manieren om zich te verdedigen. Om te beginnen hebben plantenwortels dikke muren, maar ook camerabewaking en gewapende veiligheidsagenten, met name receptoren om indringers te detecteren en defensie-moleculen die veel pijn kunnen doen en zelfs doden.

Helaas biedt dit alles onvoldoende bescherming tegen het ninja-wormpje. Daarom hebben ik en mijn collega’s geprobeerd om planten te “vaccineren” – om in de metafoor te blijven: het alarmsignaal vooraf luiden zodat alle veiligheidsagenten opgetrommeld en alert zijn nog vóór de indringer zijn opwachting maakt. Deze strategie bleek te helpen tegen allerlei andere plantenziekten, bijgevolg verwachtten we ook in dit geval op een positief resultaat.

De vaccinatie werd uitgevoerd door (tomaten)planten te besproeien met diverse producten, waaronder verpoederde schelpen en plantenhormonen. Van zodra de planten deze producten detecteren, produceren ze defensie-moleculen (méér veiligheidsagenten), versterken ze de celwanden (dikkere muren) en doen ze simpelweg alle deuren en ramen op slot die niet per sé moeten open staan.

1280px-tomatoseedlings

Tomatenplantjes © Golden Hound

We waren verbaasd om te zien dat deze vaccinatie eigenlijk helemaal niets uitmaakte: het wormpje geraakte binnen en voelde zich er als vanouds helemaal thuis. Bijgevolg wilden wij uitvissen hoe dit wormpje schijnbaar zonder problemen gevaccineerde planten om de tuin kan leiden. We keken hiervoor naar hoeveel veiligheidsagenten er werden opgetrommeld bij de vaccinatie en hoeveel er overbleven nádat de ninja-wormpjes geïnfiltreerd waren.

Bleek nu dat van zodra het wormpje toekomt in het sappige gedeelte van de plant, minstens een deel van het defensiesysteem gewoon weer werd uitgeschakeld – de veiligheidsagenten waren gewoon weer gaan slapen. Dit waren wederom verrassende resultaten, daar enkele berichtgevingen gewag maakten van een succesvolle vaccinatie tegen soortgelijke wormpjes. Vervolgens wilden we te weten komen hoe het dan wél zou lukken. Maar om verder te gaan met dit verhaal, is eerst nog wat meer achtergronduitleg nodig:

Wat achtergronduitleg, gekruid met een sprankeltje hoop voor de toekomst

Zoals eerder gezegd, zorgen de wormpjes voor de vorming van voedselbrij in de plantenwortel. Dit doen ze door eigenlijk te spelen met wat de plant (genetisch) te bieden heeft: DNA en wat eruit voortvloeit.

Om van DNA te komen tot een levend organisme zoals wijzelf, wordt er een héél uitgebreid stappenproces doorlopen. Eén van die stappen bestaat uit het interageren van proteïnen die voortkomen uit DNA. Proteïnen zijn moleculen die elkaar zoals magneten kunnen aantrekken of afstoten om zo een 3D-puzzel te vormen. Sommige proteïnen kunnen dus in elkaar klikken. Als ze dit op een juiste manier doen, kan dit leiden tot de activatie van een stappenproces dat op zijn beurt kan leiden tot bijvoorbeeld de aanmaak van weer andere proteïnen. Deze proteïnen kunnen op hun beurt weer interageren met nog andere proteïnen, enzovoorts. Zo’n cascade leidt dan uiteindelijk tot een functionerend levend organisme.

Hier is het echter waar het fout gaat voor de planten: de wormpjes zijn in staat om proteïnen uit te scheiden die ervoor zorgen dat de plantenproteïnen niet doen wat ze normaal doen, waardoor heel het stappenproces wordt omgeleid naar hetgeen het ninja-wormpje wil: de uitschakeling van het bewakingssysteem van de plant en de creatie van voedselbrij.

Om dit te bereiken moeten de wormproteïnen exact op de plantenproteïnen passen, als een sleutel op een slot. En het is in deze fase dat wij wilden ingrijpen, namelijk door de sloten van de tomatenplanten te veranderen. Dat klinkt moeilijk, maar het is mogelijk door een ingenieus simpele manier: Waar we in hun eerste proeven de klassieke vleestomatenplant Marmande gebruikten, gebruikten we in een volgend experiment ook de knapperige Tiny Tim-kerstomaten en de populaire Roma-vleestomatenplant. Door andere tomatenvariëteiten te gebruiken, veranderden we dus de sloten waarvan het ninja-wormpje gebruik maakt, omdat het DNA en de hieruit voortkomende proteïnen voor elke tomatenvariëteit wel een klein beetje verschillen. We bemerkten dat de vaccinatie wél werkte bij Roma-tomatenplanten. Blijkbaar heeft de verandering aan sloten hier dus wél gewerkt – terwijl dat bij de andere twee tomatensoorten niet het geval was.

Sprout to be Brussels

Plantenvaccinatie is dus (nog) geen wondermethode. We willen wel benadrukken dat het belangrijk is dat er verder onderzoek gebeurt naar de reden waarom vaccinatie niet in de ene tomatenplant, maar wel in de andere werkt. Op die manier kan er veel geleerd worden over hoe we de ninja-wormpjes kunnen bestrijden – werken de Roma-planten misschien met lasergeweren in de plaats van roestige zwaarden?

Echter, tot nu toe blijft het beredderen met de oude methodes: Daar spruitjes en andere koolgewassen niet zo in trek zijn bij ninja-wormpjes, lijkt gelukkig onze nieuwe pro-Belgische campagne ‘Sprout to be Brussels’ nog een lang leven beschoren te zijn. Spruiten, het ideale wapen tegen ninja’s.


Reageer

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s