Hoe planten te helpen met hun verdediging

Hoe planten te helpen met hun verdediging

Bladluizen leven van plantensappen, onttrekken voedingstoffen uit de plant. Brengen ziekteverwekkers over. En bovendien vermenigvuldigen die bladluizen zich ook nog eens razendsnel. Een echte plaag dus. Eentje die de boer niet tussen z’n gewassen wil hebben. Nu kan deze bladluizen bestrijden met insecticiden, maar hij kan de plant ook een handje helpen met het opschroeven van het verdedigingsmechanisme van de plant.

Planten hebben namelijk zo hun eigen manieren om vraatzuchtige insecten te lijf te gaan. Ze zorgen ervoor dat ze niet lekker smaken. Maken stoffen aan die insecten minder succesvol maken of doden. En geven vluchtig stoffen af die insectenetende insecten, zoals sluipwespen, aantrekken.

Onderzoekers willen weten hoe ze de natuurlijke verdediging van de planten kunnen inzetten om gewassen beter te beschermen tegen insecten. Onderzoek hierna met de model plant Arabidopsis liet zien dat de verdedigingsactiveerder cis-jasmone bladluizen wegjoeg en roof insecten aantrok. Onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk hebben nu getest of dit in 5 kool gewassen ook zo is.

Op koolplanten die behandeld waren met cis-jasmone zaten minder bladluizen, en kregen de bladluizen minder nakomelingen. Niet alleen dat, ook trokken cis-jasmone behandelde planten meer sluipwespen aan. De sluipwespen gebruiken bladluizen als voedsel voor hun nageslacht. Dit samen zorgt ervoor dat de bladluizen populatie onder controle blijft en dat de schade aan de planten beperkt is.

De onderzoekers onderzochten ook of cis-jasmone de samenstelling van de door de plant uitgestoten vluchtige stoffen veranderde. Hierbij zagen ze dat alle onderzochte kool gewassen meer vluchtige stoffen afgeven wanneer ze met cis-jasmone zijn behandeld. Ook was de samenstelling van de vluchtig stoffen van behandelde planten anders dan die van onbehandelde planten. Waarbij bladluizen de voorkeur gaven aan de vluchtige stoffen van de onbehandelde planten.

Behandeling van koolplanten met cis-jasmone activeert dus het verdedigingsmechanisme van de plant dat nodig is voor het bestrijden van een bladluizen plaag. De onderzoekers toonde aan dat cis-jasmone een handig hulpmiddel bij de bestrijding van bladluizen kan zijn. Het is echter essentieel om uit te zoeken hoe de boer het effectief kan gebruiken om bladluizen te bestrijden bij z’n gewassen.

Literatuur

Ali, J., Covaci, A.D., Roberts, J.M., Sobhy, I.S., Kirk, W.D. and Bruce, T.J. (2021) Effects of cis-jasmone treatment of Brassicas on interactions with Myzus persicae aphids and their parasitoid Diaeretiella rapae. Frontiers in Plant Science, 12, p.711896. doi: 10.3389/fpls.2021.711896

A new way to make a plant immune

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

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

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