Analyse van DNA toont enorme variatie van ‘aanval-enzymen’

Wortelknobbelaaltje geeft zich bloot

Een van de kampioenen onder de plantparasieten, een minuscuul wormpje dat de wortels van talrijke landbouwgewassen binnendringt, heeft eindelijk enkele van zijn geheimen prijs moeten geven. Wetenschappers van de Universiteit Wageningen hebben namelijk samen met een internationaal team de volledige DNA sequentie van het wortelknobbelaaltje (Meloidogyne incognita) ontrafeld. Ze publiceren hun resultaten binnenkort in Nature Biotechnology.

Het wortelknobbelaaltje blijkt een groot aantal verschillende enzymen te hebben waarmee ze planten kunnen ‘aanvallen’. Dat is waarschijnlijk de reden waarom de aaltjes zo veel verschillende gewassen kunnen aanvallen. De resultaten zullen worden gebruikt voor het ontwikkelen van nieuwe strategieën voor de aanpak van de aaltjes.

Wortelknobbelaaltjes zijn, net als de bekende aardappelcystenaaltjes, wormpjes van ongeveer een millimeter groot, die zich voeden in de wortels van planten. De larven van de aaltjes dringen plantenwortels binnen en boren zich een weg door het wortelweefsel. Vlakbij de vaatbundels van de plant veranderen ze een aantal cellen van het wortelweefsel met behulp van speekseleiwitten in een soort voedselfabriekje. De voedingsstoffen die via de vaatbundels getransporteerd worden, komen in de voedingscellen terecht en worden opgezogen door de larven. De plant verliest zo veel voedingsstoffen. Daarnaast blokkeren de voedingscellen het watertransport vanuit de wortels, waardoor de plant onvoldoende water naar de bladeren kan transporteren.

De wereldwijde schade aan landbouwgewassen door dergelijke aaltjes wordt geraamd op meer dan 100 miljard Euro per jaar. De bestrijding van de aaltjes gebeurt nu nog hoofdzakelijk met chemische middelen. Veel van deze middelen zijn echter schadelijk voor het milieu. Daarom wordt het gebruik van deze middelen steeds minder toegestaan. Anderen methoden voor het bestrijden van deze aaltjes zijn dus een dringende noodzaak.

De aaltjesonderzoekers staan wereldwijd al decennialang voor een aantal raadsels. Welke stoffen in het speeksel van de aaltjes zorgen voor de vorming van de voedingscellen? En, speciaal voor het wortelknobbelaaltje, hoe slagen de aaltjes erin om het afweersysteem van zoveel verschillende plantensoorten te ontwijken? Terwijl andere plantenparasieten gespecialiseerd zijn op bepaalde plantenfamilies of zelfs plantensoorten, is het wortelknobbelaaltje in staat te groeien op bijna elke plantensoort. Dat maakt de beheersing van de problemen met de aaltjes, uitermate moeilijk.

Nu de volledige DNA-sequentie bekend is, wordt het veel gemakkelijker om te zien welke wapens het wortelknobbelaatje aan boord heeft voor de aanval op zo veel plantensoorten. Met deze informatie kunnen onderzoekers nieuwe strategieën ontwikkelen voor de aanpak van de aaltjes. De onderzoekers laten in hun publicatie zien dat wortelknobbelaaltjes een enorme cocktail heeft van enzymen die de celwanden van planten afbreken. De onderzoekers vonden 5 ‘enzym-families’ met telkens een groot aantal leden binnen de familie.

Vreemd genoeg lijken deze enzymen verdacht veel op enzymen die schimmels gebruiken voor het afbreken van celwanden. De onderzoekers vermoeden dat gedurende de evolutie genen uit schimmels verscheidene malen zijn overgegaan naar de aaltjes. Dit fenomeen van horizontale gen overdracht is veel voorkomend bij bacteriën maar bij hogere organismen vrijwel onbekend.

Hoe de wortelknobbelaaltjes de afweer mechanismen in de plant omzeilen, blijft nog even een mysterie. Talrijke door de Wageningse wetenschappers geïdentificeerde eiwitten uit het aardappelcysteaaltje die de afweer van de plant onderdrukken, blijken bij de wortelknobbelaaltjes totaal afwezig te zijn. Opvallend zijn wel de grote verschillen tussen kopieën van genen. Normaal heeft een organisme op afzonderlijke chromosomen van elk gen 2 kopieën die vrijwel identiek zijn. Bij het wortelknobbelaaltje zijn er echter niet alleen soms drie kopieën, ze verschillen ook abnormaal veel van elkaar. Het lijkt erop dat dit aaltje er gedurende de evolutie in geslaagd is om de variatie in zijn genen zo groot te maken dat het in staat is een enorme diversiteit aan planten te infecteren.

Naast deze celwandafbrekende enzymen, hebben de onderzoekers dankzij de DNA-code ook speekseleiwitten geïdentificeerd die waarschijnlijk betrokken zijn bij het transformeren van de wortelcellen in voedingsfabriekjes. De verdere analyse daarvan en de vergelijking met de speekseleiwitten die Wageningse onderzoekers eerder bij het aardappelcystenaaltje gevonden hebben, zullen meer duidelijkheid geven over de exacte functie van de enzymen. De onderzoekers willen op die manier nieuwe strategieën ontwikkelen voor de aanpak van de problemen met wortelknobbelaaltjes.


Publicatiedatum:



Ook onze nieuwsbrief ontvangen? | Klik hier


Ander nieuws uit deze sector:


Schrijf je in voor onze dagelijkse nieuwsbrief om al het laatste nieuws direct per e-mail te ontvangen!

Inschrijven Ik ben al ingeschreven