Omgevings-DNA verraadt ziektekiemen
In de toekomst zouden boeren weleens met behulp van omgevings-DNA, ook wel eDNA genoemd, voorspellen wanneer een plaag op handen is. Dat het mogelijk is laten Engelse onderzoekers in Current Biology zien.
Weten of en wanneer er een plaag aankomt is essentieel voor boeren. Alleen dan kunnen ze precies op tijd ingrijpen om te voorkomen dat een plaag voet aan de grond krijgt. Voor veel plaag insecten is dit al mogelijk. Met behulp van observaties en weersgegevens kan de computer berekenen wanneer de volgende generatie uit het ei kruipt, zodat op precies dat moment de boer kan ingrijpen.
De nog kleinere ziektekiemen, zoals schimmels en bacteriën zijn lastiger in een vroeg stadium te herkennen. Maar net als alle andere levende wezens laten ze sporen van hun DNA achter in de omgeving. En laat dat nu net de aanwezigheid van ziektekiemen te kunnen verraden. De onderzoekers besloten dit in de praktijk te testen.
Het onderscheiden van ondersoorten is nu nog lastig, omdat er niet genoeg bekend is waar in het DNA ze van elkaar verschillen
Voor het zover was testte ze eerst uit of de hoeveelheid schimmel of bacterie DNA dat ze in de lucht waarnemen overeenkomt met hoeveel er ongeveer aanwezig is. Hiervoor verspreiden ze verschillende hoeveelheden sporen van een onschuldige schimmel in een windtunnel. De gemeten hoeveelheid schimmel DNA nam toe na maten er meer schimmel sporen in de lucht aanwezig waren.
Nu konden de onderzoekers op de akker metingen gaan doen. Na een test voor de optimale bemonsteringslengte, 60 minuten, gingen ze van start. Anderhalve maand in de zomer namen ze drie monsters per week.
Om eDNA te kunnen gebruiken om vroegtijdig ziektekiemen op te merken moet de gemeten eDNA natuurlijk overeenkomen met de aanwezige organismen. Dit bleek het geval. Zo zagen de onderzoekers DNA terug in de monsters van de op de akker groeiende gewassen. Maar ook DNA van de bij die gewassen horende ziektemakers.
Goede kans dat eDNA in het gewasbeschermingspakket komt
Die ziektemakers konden de onderzoekers tot op soortniveau van elkaar onderscheiden. Zelfs het onderscheiden van ondersoorten zou moeten lukken beargumenteren de onderzoekers. Al moet dan wel bekend zijn waar die precies in het DNA van elkaar verschillen, wat bij lang niet alle soorten ziektemakers het geval is. Het onderscheiden van verschillende ondersoorten is voornamelijk van belang voor boeren die gewassen hebben geplant die resistent zijn tegen de ene maar niet de andere ondersoort.
Om van eDNA als een echte voorspeller te kunnen gebruiken moet de aanwezige eDNA met fluctueren met de aanwezigheid van het organisme. Dit bleek het geval te zijn. Het was de onderzoekers al opgevallen dat de hoeveelheid gemeten eDNA van een soort niet constant was, maar verschilde per meeting. Dit bleek onder andere van het weer af te hangen. Zo was er meer schimmel eDNA aanwezig in vochtig weer, maar niet bij heet weer. Wat overeenkomt met de voorkeur van schimmels.
Goede kans dus dat het meten van eDNA in het gewasbeschermingspakket van de boeren komt. Al was dit vooral een proof-of-concept. Daarnaast zeggen de onderzoekers dat de zelfde methode ook voor ander toepassingen voor het meten van de in de lucht aanwezige eDNA.
Literatuur
Giolai et al., Measuring air metagenomic diversity in an agricultural ecosystem, Current Biology (2024), https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.030
Plant en Zo 