A new way to make a plant immune

Plant & zo

The science of plants and more


A new way to make a plant immune

Just like people plants come across pathogens. In contrast to humans, plants do not have an adaptable immune system that comes up with a way to deal with each new virus, bacteria or fungus. A plant either recognises an intruder or it does not. This recognition is done by specific receptors that recognise pathogens. When a plant has the correct receptor to recognise the intruder, it sounds alarm quickly, and the intruder is stopped. Without a receptor to recognise them, a virus, bacteria or fungus has unlimited access to the plant.

Up to now plant breeders have relatively few tools to equip a plant with the needed immune receptors. One method is to cross the plant with a relative that already has the wanted immune receptor. Another is to adapt, to tweak, the immune receptor. So far, this tweaking occurs by making small changes in the pathogen-recognition part of the immune receptor. Leading to the detection of a slightly different pathogen than it did before. Now researchers from the UK showed a different method, with which they can adapt the immune receptor for each potential intruder.

The researches make use of the adaptable immune system of animals. This they target with making antibodies against the plant-pathogens. Just like every other antibody, these antibodies have a specific and an unspecific part. The scientist took the specific part of the antibody and used this to replace the pathogen-recognition part of the plant immune receptor. This resulted in an immune receptor that recognises the plant pathogen.

To test if it was working, the scientists made an immune receptor that recognises a florescent protein. After inserting this florescent protein-recognising immune receptor in the plant, they gave fluorescent proteins to the plant. An immune response in the form of cell death was observed on the site of the fluorescent protein application. In addition, application of a virus that also makes fluorescent proteins resulted in cell death without any spread of the virus.

This gives plant breeders a promising tool to equip plants with resistance against pathogens. Two things we should not forget though. Firstly, even with the possibility to precisely adapt immune receptors, it still takes at least 5-10 years before a farmer can grow these resistant crops. And secondly, to get the aimed for immune receptors into the plant, genetic modification is used. This is not accepted everywhere without restrictions.

Literature

Kourelis, J., Marchal, M., Kamoun, S. (2021) NLR immune receptor-nanobody fusions confer plant disease resistance. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2021.10.24.465418

Nieuwe manier om een plant immuun te maken

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer


Nieuwe manier om een plant immuun te maken

Net als mensen krijgen planten te maken met ziektemakers. In tegenstelling tot mensen is het immuunsysteem van planten niet in staat zich aan te passen aan een nieuw virus, bacterie of schimmel. Een plant herkent de binnendringer of herkent deze niet. Dit gebeurt met behulp van receptoren die ziektekiemen detecteren. Heeft de plant de juiste receptor om de binnendringer te herkennen, dan slaat de plant snel alarm, en komt de binnendringer niet ver. Zonder juiste receptor heeft een virus, bacterie of schimmel vrij spel.

Tot nu toe hebben veredelaars weinig middelen om een plant van de juiste immuun-receptoren te voorzien. Dit kan of door de plant te kruizen met een plant die de gewenste immuun-receptor heeft. Of door de immuun-receptor zelf aan te passen, te tweaken. Dit tweaken gebeurt tot nu toe veel door in het ziektekiem herkennende deel van de receptor veranderingen aan te brengen. Dit kan ervoor zorgen dat de immuun-receptor een net iets andere ziektemaker herkent. Nu hebben onderzoekers uit Groot-Brittannië een andere methode laten zien, waarmee ze een immuun-receptor kunnen aanpassen voor elk potentieel ziektemaker.

Hierbij maken de onderzoekers gebruik van het immuunsysteem van dieren. Die laten ze antilichamen maken tegen de planten-ziektemaker. Net als elk ander antilichaam hebben deze antilichamen een niet-specifiek en een specifiek deel. Door het specifiek deel van het antilichaam te gebruiken om het ziektemaker-herkennend deel van de immuun-receptor te vervangen, kregen de onderzoekers een immuun-receptor die de ziektemaker herkent.

Om te testen of het werkt maakten de onderzoekers een immuun-receptor die een fluorescerend eiwit herkent. Na het inbrengen van deze fluorescerende eiwit herkennende immuun-receptoren in de plant, gaven de onderzoekers fluorescerende eiwitten aan de plant. Een immuun response in de vorm van celdood op de plaats van de fluorescerende eiwitten was het resultaat. Ook het aanbieden van een virus met fluorescerende eiwitten resulteerde in celdood zonder serieuze verspreiding van het virus.

Dit geeft planten veredelaars een potentieel nuttige techniek om planten te voorzien van resistentie tegen ziektekiemen. Twee dingen die we niet moeten vergeten. Ten eerste ook met de mogelijkheid om gericht de immuun-receptoren aan te passen duurt het vaak nog minimaal 5-10 jaar voordat de boer gebruik kan maken van de resistente gewassen. Ten tweede om de gewenste immuun-receptoren in de plant te krijgen is genetische modificatie nodig, wat niet overal zomaar toegestaan is.

Literatuur

Kourelis, J., Marchal, M., Kamoun, S. (2021) NLR immune receptor-nanobody fusions confer plant disease resistance. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2021.10.24.465418

The ‘I am damaged’ fragrance

Plant & zo

The science of plants and more


The ‘I am damaged’ fragrance

Plants communicate with the world via volatiles, which we can often smell. To attract insects is a well-known reason plants emit volatiles. Less well known is maybe that plants also emit volatiles when they are damaged. This creates the smell of freshly cut grass. For this it does not matter if the plants get damaged through insects or if the damage occurs mechanically. Both result in the emission of volatiles.

Plants emit a specific fragrance bouquet when they are damaged, one that says, ‘I am damaged’. Plants nearby observe these volatiles and prepare themselves for hungry insects. This makes plants more resistant to the attacking insects, for example because they attracted predatory insects.

Can farmers use this to protect their crops against hungry insects, Japanese researchers asked. For this they wanted to know two things. Firstly would it result in less damage through insects to the plants, rice in this case. But also if it influenced the yield.

To answer these questions, the researchers exposed rice seedlings to volatiles of damaged weeds that they found nearby. The result, exposure to ‘I am damaged’ fragrance resulted in less leaves being eaten by insects.

But that not alone, exposed plants also had an increased yield. They produced more rice grains. The perception of the ‘I am damaged’ fragrance helped plants against their war against hungry insects.

Unfortunately, this research does not show if the ‘I am damaged’ fragrance is an alternative for the currently used plant protection methods. The use of insect killing insecticides allows plants not to put energy towards protecting themselves against insects. In theory, plants can then use all their energy towards growth, seed and fruit production. Therefore, it is important to investigate how this energy allocation in occurs in the field. Is this worse in the currently used methods then exposure to the ‘I am damaged’ fragrance is a useful additional, one that might result in less use of insecticides.

Literature

Shiojiri, K., Ozawa, R., Uefune, M., Takabayashi, J. (2021) Field-Grown Rice Plants Become More Productive When Exposed to Artificially Damaged Weed Volatiles at the Seedling Stage. Frontiers in Plant Science 12:1419 

Het ‘Ik ben beschadigt’ geur boeket

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer


Het ‘Ik ben beschadigt’ geur boeket

Planten communiceren met de wereld met behulp van vluchtige stoffen. Wij mensen kunnen die vaak ruiken. Een bekende rede voor planten vluchtige stoffen uit te scheiden is het lokken van insecten. Minder bekend is misschien is dat planten ook vluchtige stoffen uitscheiden als ze beschadigt raken. Dit zorgt voor de geur van vers gemaaid gras. Het maakt niet uit hoe de beschadiging tot stand komt, zowel beschadiging door blad etende insecten als mechanisch veroorzaakte beschadiging resulteert in het uitscheiden van vluchtige stoffen.

Planten scheiden een specifiek boeket aan vluchtig stoffen uit na beschadiging, een dat zegt ‘ik ben beschadigt’. Andere planten in de omgeving nemen deze stoffen waar en bereiden zich al vast voor op vraatzuchtige insecten. Dit maakt planten beter bestand tegen een aanval, bijvoorbeeld omdat ze insectenetende insecten hebben aangetrokken.

Japanse onderzoekers vroegen zich af of boeren dit kunnen gebruiken bij het beschermen van hun gewassen tegen vraatzuchtige insecten. Hierbij wilde ze twee dingen weten. Ten eerste eten insecten de planten, rijst in dit geval, minder op. Maar ook of deze vorm van bescherming tegen insecten de oogst beïnvloed.

Om antwoord te krijgen, stelde de onderzoekers rijst zaailingen bloot aan de vluchtige stoffen van beschadigd onkruid dat in de buurt groeide. Het gevolg, blootstelling aan de ‘ik ben beschadigt’ vluchtige stoffen resulteerde in minder aangevreten bladeren.

Niet alleen was de beschadiging aan de bladeren minder, ook opbrengst van de blootgestelde planten was hoger. Ze produceerde meer rijstkorrels. Het ontvangen van de‘ik ben beschadigt’ geur helpt planten dus met hun strijd tegen vraatzuchtige insecten.

Dit onderzoek laat helaas niet zien of blootstelling aan de ‘ik ben beschadigt’ geur ook een alternatief is voor de huidige bestrijdingsmethoden. Bij het gebruik van insect dodende insecticiden hoeven de planten geen energie te steken in de verdediging tegen insecten. In theorie kunnen die planten dus al hun energie steken in groei, zaad en vrucht productie. Het is dus van belang om te kijken hoe die energieverdeling in de praktijk uitpakt. Is die in het nadeel van de huidige bestrijdingsmethoden dan kan blootstelling aan de ‘ik ben beschadigt’ geur een toevoeging zijn die kan leiden tot verminderd gebruik van insecticiden.

Literatuur

Shiojiri, K., Ozawa, R., Uefune, M., Takabayashi, J. (2021) Field-Grown Rice Plants Become More Productive When Exposed to Artificially Damaged Weed Volatiles at the Seedling Stage. Frontiers in Plant Science 12:1419 

%d bloggers like this: