Een aaltje is als een inbreker – hoe krijgt een plant zijn beveiliging op orde?

Van alle dieren die zich op aarde voortbewegen, behoort 80 procent tot de rondwormen. Vier op de vijf! Er zijn tenminste een miljoen verschillende soorten. De mensheid valt erbij in het niet; per menselijk hoofd van de wereldbevolking zijn er 57 miljard rondwormen op en vooral in de aarde.

Rondwormen, nematoden is hun Latijnse naam, zijn ondanks deze verpletterende cijfers grote onbekenden. Ze variëren in lengte van minder dan een millimeter tot enkele meters. Al is dat laatste uitzonderlijk; de meeste zijn te klein om met het blote oog te zien. Verreweg de meeste soorten leven in de grond en op de bodem van zeeën en oceanen. Slechts een minuscuul aantal is door de wetenschap goed onderzocht.

In de ban van rondwormen

Maar de boer kent rondwormen als geen ander. Verscheidene soorten parasiteren op planten, en worden ook wel aaltjes genoemd. Ze richten enorme schade aan in de landbouw: ze zorgen voor oogstverliezen van 10 tot 15 procent, afhankelijk van land en gewas.

De 42-jarige Jose Lozano Torres kent de gevolgen uit zijn jeugd in Colombia: “Ik kom uit een familie van boeren. Mijn grootouders hadden een boerderij, waar we ieder weekend werkten, én in de vakanties. Mijn moeder was hoogleraar microbiologie aan de universiteit van Tunja. Zij heeft mijn belangstelling voor de wetenschap gewekt. Ze dacht dat ik een goede onderzoeker zou kunnen worden, ik was ijverig en precies. Ze bracht me naar een vriend die onderzoek deed naar de biologische bestrijding van plantenziekten.”

“Ik was achttien. En het eerste project waaraan ik mocht meedoen was op een uienboerderij, waar ze veel problemen hadden. Die boeren gooiden tonnen uien weg die waardeloos waren. Gebeurt nu en dan, zeiden ze. Ze hadden geen idee. Maar wij zagen meteen een rondwormprobleem. Het stengelaaltje Ditylenchus dipsaci is de oorzaak van een belangrijke ziekte in uien. Daar is het voor mij begonnen. Ik kwam in de ban van rondwormen en ben dat nog steeds.”

Op zoek naar een nieuwe verdediging

Inmiddels is Lozano assistant professor aan Wageningen University & Research (WUR), in de onderzoeksgroep van hoogleraar Geert Smant, bij wie hij eerder promoveerde. Hij heeft onlangs, voor de tweede keer, van onderzoeksfinancier NWO een subsidie gekregen voor zijn zoektocht naar een mechanisme waarmee planten zich tegen aaltjes kunnen verdedigen.

Die verdediging is er nu nauwelijks. Chemische middelen om aaltjes in de bodem te doden zijn of worden door veel landen verboden, omdat ze te schadelijk zijn voor mens en dier. Van sommige gewassen zijn varianten gekweekt die resistent zijn tegen de ziekteverwekkers. “Maar we kennen slechts een handvol resistentiegenen, en die beschermen alleen tegen specifieke aaltjes”, zegt Lozano. “En omdat de rondwormgemeenschappen in de bodem snel kunnen veranderen, werken die resistentiegenen niet langer dan vijf tot tien jaar.” Daar komt nog bij dat ze temperatuurgevoelig kunnen zijn; door klimaatverandering en een stijgende temperatuur wordt de ingebouwde resistentie van de plant minder.

Lozano hoopt een nieuwe verdediging voor de gewassen te vinden door terug te gaan naar het allereerste contact tussen rondworm en plant. De “big bang van de infectie”, zoals hij het noemt, naar analogie van de sterrenkundigen die zoeken naar het ontstaan van het heelal. “Van dat begin weten we heel weinig. We zien wel wat er gebeurt als rondwormen eenmaal bij de plant zijn binnengedrongen. Maar in die stadia ben je voor een goede verdediging al te laat.”

Met een stilet komt de rondworm binnen

In de ‘big bang van de infectie’ moet de rondworm zich een plek verschaffen waar hij voedingsstoffen aan de plant kan onttrekken. Dat doet hij door een cel in de wortel van de plant open te breken –veel soorten hebben daarvoor een stilet, een scherpe mondstekel, die ze door de wand van de plantencel steken.

Nu zijn planten niet gek; ze hebben receptoren die signaleren dat er met de wortelcel iets gebeurt. Lozano: “Vergelijk het met een alarmsysteem in je huis, dat afgaat als er wordt ingebroken. Zo’n alarmsysteem detecteert niet alleen dieven, maar alles wat aan ramen morrelt. Dat is met die receptoren in de plant ook zo; ze geven door dat er wordt gemorreld aan de wand van een wortelcel.”

Sneaky wortelknobbelaaltjes

In een vorig project vond Lozano een gen voor zo’n waarschuwingssysteem. En hij liet zien dat als je dat gen harder aan het werk zet, de plant weerbaar wordt tegen aaltjes. Maar alleen tegen bepaalde aaltjes, voor andere soorten werd de plant juist gevoeliger.

Dat is een mysterie, en Lozano wil dat nu gaan oplossen in het vervolgonderzoek. Dat eenzelfde gen tegengestelde effecten heeft op verschillende aaltjes, komt doordat er onder de rondwormen die op planten parasiteren twee verschillende groepen zijn, met verschillende strategieën: de cysteaaltjes en de wortelknobbelaaltjes. Lozano: “Je kunt het weer vergelijken met de inbreker in je huis. Cysteaaltjes gaan grof te werk, ze gooien bakstenen naar binnen en richten enorme schade aan. Wortelknobbelaaltjes zijn sneaky, ze snijden geruisloos het glas uit het kozijn om binnen te komen.”

Dat betekent waarschijnlijk ook dat er twee verschillende routes naar resistentie tegen aaltjes gevonden moeten worden. “Waarschijnlijk. Maar misschien komen die routes ergens bij elkaar en kunnen we ze combineren.”

Duizenden RNA-moleculen op een kaart

De ‘telescoop’ die Lozano en zijn medewerkers gebruiken om de big bang van de infectie in beeld te brengen heet RNA tomografie. RNA is de sleutel voor alles wat er gebeurt in een levende cel; het is de schakel tussen de recepten die liggen opgeslagen in het DNA, en de stoffen die daarmee bereid moeten worden en die de cel nodig heeft. Aan de RNA-moleculen die rondgaan kun je zien welke genen aan het werk zijn. Die breng je in kaart.

Lozano: “Net als bij een scan. Als iemand een tumor heeft, in zijn hersenen bijvoorbeeld, kun je met een scan de tumor in beeld brengen. Dat doen wij ook. Alleen levert dat bij ons geen beeld op, maar een kaart met daarop alle verschillende RNA-moleculen gerangschikt naar plaats en tijd waarop ze zijn aangetroffen. Dat zijn er veel, duizenden, maar we weten waar we moeten kijken om de genen te vinden die resistentie tegen aaltjes kunnen opleveren.”

“Met de traditionele methode voor zulk onderzoek keek je naar een hele wortel die door aaltjes is aangetast. Maar dan zie je allerlei soorten rondwormen in allerlei fasen van hun leven. Je moet beseffen: het zijn dieren, soms eten ze hard door, soms hebben ze geen zin, en vertrekken ze naar een andere wortel. Dat maakt het beeld ingewikkeld. Met deze nieuwe techniek kunnen we inzoomen op een enkele aaltjessoort in de eerste stappen van zijn aanval op de plantencel.”

Genetische modificatie?

De hoop is dat dit uiteindelijk resistentiegenen oplevert die zo’n brede werking hebben dat ze tal van gewassen kunnen beschermen tegen verschillende soorten aaltjes. Toepassing kan erop neerkomen dat je de resistentiegenen moet inbouwen in tomaat, ui of andere gewassen, middels genetische modificatie, wat in Europa gevoelig ligt.

Maar dat hoeft niet, zegt Lozano: “Het hangt af van de resultaten van dit project. Als we een gen vinden dat we extra hard aan het werk moeten zetten om resistentie te krijgen, dan heb je al gauw genetische modificatie nodig om dat voor elkaar te krijgen, is de ervaring. Vinden we juist een gen dat een rem zet op de schade die aaltjes kunnen aanrichten, dan kun je gaan zoeken of die genetische eigenschap, die rem, ergens in wilde varianten van een gewas voorkomt en die dan via de klassieke weg van kruisen en veredelen overbrengen naar de soorten die boeren verbouwen.”

“Genetische modificatie ligt in Europa gevoelig. Maar bedenk wel dat we hier praten over een mondiaal probleem. Overal in de wereld hebben gewassen te kampen met schade door nematoden. En het zal door klimaatverandering erger worden. Als we daar met genetische modificatie iets aan kunnen doen, moeten we dat niet nalaten. Aaltjes zijn een enorm probleem in soja, een van de belangrijkste voedselgewassen ter wereld. En tachtig procent van de soja is al genetisch gemodificeerd.”

Lees ook:

Van een eenjarige plant een meerjarige maken

Eén gen kan van tarwe, mais en rijst meerjarige gewassen maken. Maar wil de boer die hebben?