Nieuws uit de Agrotopia-leerstoel: Hoe kunnen xyleemkoloniserende pathogenen overleven in het nutriëntenarme xyleem?
Hoe kunnen xyleemkoloniserende pathogenen overleven in het nutriëntenarme xyleem: speelt ‘gasembolisme’ een rol?
Vasculaire pathogenen kunnen enorm veel schade veroorzaken in heel wat verschillende gewassen. Verticiliumsoorten maar ook andere pathogenen met het xyleem als habitat hebben zich leren aanpassen aan die omgeving. Hoe ze echter in staat zijn te overleven en wat er gebeurt na infectie is nog een groot vraagteken. Dit onderzoek uit de Agrotopia-leerstoel toonde aan dat infectie de sapstroom beïnvloedt, en dat niet enkel door verstopping, maar door de xyleemvaten met lucht te vullen (gasembolisme).
Vasculaire pathogenen kunnen enorm veel schade veroorzaken in heel wat verschillende gewassen. Zo induceert de schimmel Verticillium dahliae typische dwerggroei en verwelking in paprika of peperplanten. Deze plantpathogeen leeft in het xyleem: een zeer nutriëntenarme omgeving. Verticilliumsoorten maar ook andere xyleempathogenen hebben zich leren aanpassen aan deze niche. Hoe ze echter in staat zijn om te overleven en wat er gebeurt na infectie is nog een groot vraagteken.
Blokkade van sapstroom: het begin van een overlevingsproces?
Mogelijks is één van de mechanismen dat ze in staat zijn om ‘gasembolisme’ te induceren: de xyleemvaten zijn daardoor niet meer met water maar met lucht gevuld. Die gasvorming zorgt voor een blokkade van de sapstroom. Wat het nut daarvan is voor deze vasculaire pathogenen, is echter niet gekend. Roelke De Paepe: “Met behulp van sensoren werd de sapstroom opgevolgd van gezonde en peperplanten geïnfecteerd met V. dahliae. De sapstroom was wel degelijk lager in de geïnfecteerde planten, en dat nog voordat de dwerggroei- en verwelkingssymptomen zichtbaar werden."
Uit deze studie is ook gebleken dat deze blokkade niet enkel afkomstig is van het verstoppen van de xyleemvaten met schimmel- of plantafweermateriaal, maar dat V. dahliae wel degelijk ‘gasembolisme’ induceert. Bij ernstige infectie vond ook een nutriëntenverrijking in het xyleemsap plaats, vooral met suikers, aminozuren en afgeleiden. De pathogeen bleek in staat om de meeste van die nutriëntenbronnen te gebruiken als koolstof en/of stikstofbron.
Verder onderzoek nodig
Of de pathogeen al dan niet “bewust” gasembolisme veroorzaakt en/of het eerder een gevolg is van de plant-pathogeeninteractie vereist nog verder onderzoek. Dit onderzoek zal zich focussen op het fenomeen van floëemontlading. Floëemontlading houdt in dat suikers van het floëem naar het xyleem getransporteerd worden om geëmboliseerde xyleemvaten te herstellen. Door manipulatie van het floëemontladingsproces zouden xyleemkoloniserende pathogenen nutriënten kunnen vergaren. Dat zou alvast een verklaring bieden voor de verhoogde nutriëntenstatus in het xyleemsap van ernstig aangetaste peperplantjes. Meer onderzoek is echter nodig om verder te ontrafelen waarom vasculaire pathogenen zo succesvol zijn in een nutriëntenarme omgeving, maar de resultaten van deze masterscriptie zijn alvast veelbelovend. Dat vond ook de jury van de Bayer prijs 2020. Roelke De Paepe haalde met haar onderzoek naar vasculaire pathogenen de tweede plaats.
Dit multidisciplinair onderzoek werd uitgevoerd door Roelke De Paepe tijdens haar masterthesis onder leiding van ir. Shirley Marcou en professoren Monica Höfte en Kathy Steppe (vakgroep Plant en Gewas, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Universiteit Gent), en kadert binnen de Agrotopia leerstoel.
Referentie: Roelke De Paepe (2020) Insights into the survival of vascular wilt pathogens in the nutrient-poor xylem. Master thesis, pp. 118 (Promoters: Monica Höfte, Kathy Steppe | tutor: Shirley Marcou)
Contact: Prof. Monica Höfte (Monica.Hofte@UGent.be) | Prof. Kathy Steppe (kathy.steppe@UGent.be)