Afweer verhogen
Naar schatting gaat wereldwijd 30 procent van de oogst verloren door ziekten en plagen. Dit ondanks het geavanceerde immuunsysteem van planten, waarmee ze kunnen reageren op aanvallen door plantenbelagers. Desondanks kunnen ze ziek worden of opgegeten, doordat afweerreacties te laat op gang komen of doordat de aanvallers de verdediging van de plant weten te omzeilen of saboteren. Ook kunnen plantenbelagers zich makkelijk verspreiden in een veld met veel identieke vatbare planten dicht opeen, hetgeen de ziektedruk verhoogt. Hier kunnen de bacteriën en schimmels waarschijnlijk een belangrijke rol spelen als eerste verdedigingslinie tegen de belagers.
Inmiddels is duidelijk dat bepaalde micro-organismen in de rhizosfeer in staat zijn om sommige in de bodem levende ziekteverwekkers effectief te onderdrukken. Dat kan het gevolg zijn van interacties tussen de goedaardige micro-organismen en de ziekteverwekkers, bijvoorbeeld concurrentie om ruimte en nutriënten of de productie van antibiotica. Daarnaast zijn er micro-organismen die de afweer van de plant tegen indringers kunnen verhogen. In dat geval spreken we van het opwekken van resistentie (ISR: inductie van systemische resistentie). Deze micro-organismen brengen de plant in verhoogde staat van paraatheid, waardoor zijn immuunsysteem veel sneller en effectiever reageert op een aanval.
Ziektewerende bodem
Voor de opbouw van een bodemmicrobioom dat de plant effectief beschermt, is eerst een uitbraak van ziekte nodig, zo is bij een aantal gewassen gebleken. Wordt bijvoorbeeld tarwe jaar na jaar op dezelfde akker geteeld, dan neemt de tarwehalmziekte eerst toe, om na vier tot vijf jaar sterk af te nemen en daarna op een zeer laag niveau te blijven. Ook als de ziekteverwekker vervolgens kunstmatig aan de bodem wordt toegediend, worden de planten niet ziek: de bodem is hier ziektewerend geworden. Dat komt door de opbouw van een hoge populatiedichtheid van de bacterie Pseudomonas, die de ziekteverwekkende schimmel remt. In suikerbiet komt een vergelijkbaar verschijnsel voor.
Maar niet alleen een infectie met bodemgebonden pathogenen kan een verandering teweegbrengen; ook een infectie in de bladeren. Dat bleek bij de zandraket Arabidopsis thaliana, een modelplant voor onderzoek aan interacties tussen planten en microben. De samenstelling van het microbioom rond de wortels veranderde na infectie van de bladeren door valse meeldauw. En als planten opgroeiden in grond waarin al eens eerder planten door valse meeldauw waren aangetast, waren ze beter beschermd tegen de ziekte. Na infectie van bovengrondse delen van de plant ontstaat er dus een soort microbieel geheugen in de bodem, dat een volgende generatie planten helpt te beschermen tegen de ziekteverwekkers die de voorgaande generatie planten hebben aangetast.
Onderscheid tussen vrienden en vijanden
Kortgeleden is ontdekt dat veel goedaardige micro-organismen in het wortelmicrobioom specifiek het afweersysteem van de plant onderdrukken. Dat stelt ze in staat de plant succesvol te koloniseren zonder geremd te worden door zijn immuunsysteem. En daardoor kunnen ze hun beschermende functie uitoefenen zonder dat het ten koste gaat van de groei van de plant. Specifieke stoffen die de plant uitscheidt bij stress, sturen de selectie van specifieke micro-organismen in de rhizosfeer die de plant helpen bij afweer. Het identificeren van die verbinding opent mogelijkheden om tot nog gerichtere toepassingen te komen.
De huidige gewassen zijn echter niet of nauwelijks geselecteerd op eigenschappen die de interactie met dit soort goedaardige micro-organismen optimaliseren. Meer kennis hierover kan ons helpen de relatie van onze gewassen met hun natuurlijke micro-organismen te verbeteren. Ook veelbelovend zijn de beschermende micro-organismen die door specifieke gewassen gerekruteerd worden na een infectie. Mogelijk kunnen die ontwikkeld worden tot een microbieel ‘personalized medicine’, waardoor in de toekomst de noodzaak van chemische bestrijdingsmiddelen teruggedrongen kan worden.
