Harro Bouwmeester Wageningen

Lezing NWG Wageningen dinsdag 1 maart 2011
PARASITAIRE PLANTEN: UITVINDERS VAN ONDERGRONDS ECHELON?
Harro Bouwmeester
Wageningen Universiteit
Verslag
Professor Bouwmeester begon zijn voordracht met informatie over zijn onderzoekafdeling, die wordt
gekenmerkt door een klein aantal (4) vaste stafmedewerkers en een veelvoud daarvan aan tijdelijke
onderzoekers (30 aio‟s en postdocs). Zijn eigen onderzoeklijn betreft het ophelderen van het
mechanisme waarmee parasitaire planten hun gastheerplant te grazen nemen. Bij parasitisme denken
de meeste mensen aan interacties tussen bacteriën of schimmels met planten en dieren, maar er zijn
ook planten die andere planten kunnen parasiteren. Professor Bouwmeester richt zijn onderzoek met
name op wortelparasieten, planten die zich weten te associëren met het wortelstelsel van een
gastheerplant en zodoende eenvoudig aan voedingsstoffen komen, ten koste van de gastheer. Veel
wortelparasieten behoren tot de familie van de Orobanchaceae, zoals verschillende Orobanche en Striga
soorten.
Cruciaal in de levenscyclus van de parasitaire plant is het infectieproces, d.w.z. hoe een kiemplantje van
de parasiet erin slaagt te vergroeien met het wortelstelsel van de gastheer. Een sleutelrol daarbij blijkt
te worden gespeeld door signaalmoleculen - strigolactonen-, verbindingen die door de wortels van de
gastheerplant worden uitgescheiden en die de kieming van parasietzaden stimuleren en waarop het
parasietkiemplantje chemotactisch reageert. Dit roept natuurlijk de vraag op waarom de gastheerplant
zo dom is om deze stoffen uit scheiden. De reden blijkt te zijn, dat dezelfde strigolactonen ook een
positief effect hebben op de myceliumvorming van arbusculaire mycorrhizae – symbiotische
bodemschimmels - die voedingsstoffen, zoals fosfor, aan de plant leveren in ruil voor suikers die ze van
de gastheerplant ontvangen. Het is gebleken dat in geval van fosfaattekort in de bodem, de plant extra
strigolactonen uitscheidt. Daarmee wordt de activiteit van de mycorrhizae verhoogd, maar neemt helaas
ook de kwetsbaarheid voor wortelparasitisme toe.
De ontdekking dat strigolactonen niet alleen de myceliumvorming van mycorrhizae versterken, maar
tevens de neiging tot „vertakken‟ van het bovengrondse deel van de gastheerplant remmen, gaf een
nieuwe dimensie aan het onderzoek. Welke genen spelen een rol bij de vorming van signaalstoffen? Uit
onderzoek aan Arabidopsis, de modelplant bij uitstek voor genetisch (en tegenwoordig ook fysiologisch)
plantenonderzoek en aan rijst is meer inzicht in dit mechanisme verworven (Umehara et al., 2008,
Nature). Het onderzoek is in een versnelling gekomen, doordat de klassieke bio-assays voor de bepaling
van strigolactones zijn vervangen door een kwantitatieve analyse met zeer gevoelige analyseapparatuur
(LCMS).
Na de pauze ging de spreker dieper in op consequenties van deze bevindingen voor de
landbouwpraktijk. Wortelparasitisme van gewassen vormt een ernstig economisch probleem als gevolg
van vermindering van opbrengsten in vele gewassen, zoals tabak, zonnebloem, tomaat,
vlinderbloemigen, etc. Meer in het bijzonder is Striga een groot probleem in Afrika en bedreigt daar de
voedselzekerheid door oogstverliezen in Sorghum, mais, rijst en andere gewassen.
Juist in fosfaatarme bodems (en die komen veel voor in Afrika) is dit probleem groot, als gevolg van de
grotere productie van strigolactonen en dus grotere kwetsbaarheid voor Striga-infecties.
Men zou verwachten dat door natuurlijke selectie resistentie tegen wortelparasitisme zal ontstaan, en
inderdaad is resistentie in sommige plant-parasietsystemen aangetroffen, bijvoorbeeld in Striga –
cowpea. Deze resistentie is in detail onderzocht en blijkt te berusten op een zgn. gene-for-gene
interactie, vergelijkbaar met resistentiemechanismen in interacties tussen waardplanten en pathogene
schimmels. Maar het zal duidelijk zijn dat door de strigolacton-uitscheiding te verminderen de
gastheerplant in z‟n eigen “vlees” snijdt, want dat heeft onmiddellijk negatieve gevolgen voor de
mycorrhiza-symbiose. Mogelijk is een uitweg uit dit dilemma de ontwikkeling c.q. evolutie van een
grotere specificiteit, waarbij een specifiek strigolactonmolecuul vooral werkt op de mycorrhizae, en
minder op het parasitaire kiemplantje.
En dan blijkt er nog een adder onder het gras te zitten. Bij de veredeling van gewassen (maïs, rijst, etc.)
is er geselecteerd op genotypen met een geringe vertakking / uitstoeling van de bovengrondse plant. Er
zou wel eens indirect geselecteerd kunnen zijn op een hoge strigolactonproductie, omdat die juist de
vertakking / uitstoeling remt. Het zou niet de eerste keer zijn dat selectie van gunstige eigenschappen in
landbouwgewassen en landbouwhuisdieren ongewenste neveneffecten met zich mee heeft gebracht …
In de discussie na afloop van de voordracht kwamen vooral de landbouwkundige gevolgen van
wortelparasitisme ter sprake, en dan vooral de rol van fosfaat in de bodem. Er is wel gesuggereerd dat
grootschalige bemesting met fosfaat een goede oplossing zou kunnen zijn, want daardoor wordt de
productie van strigolactonen geremd, waardoor minder parasitisme. Blijft dan natuurlijk als nadeel de
verminderde symbiose met mycorrhizae. Bovendien is er (of komt er) wereldwijd een fosfaattekort,
zodat dergelijke maatregelen duur zullen zijn.
Rolf Hoekstra