Microbiologie in hapklare porties
Nieuwe bondgenoten in de bodem om onze gewassen te beschermen
Een van de grootste problemen in de landbouw zijn plantpathogenen en de methoden die worden gebruikt om plantenziekten te beheersen. Bacteriële en schimmelpathogenen kunnen lange tijd in de bodem blijven en hebben een ernstige impact op de gezondheid van planten. Dit bedreigt de gewasproductiviteit en voedselzekerheid, aangezien sommige pathogenen ziekten veroorzaken die de opbrengst verminderen en uiteindelijk planten doden. Plantpathogenen worden voornamelijk bestreden met chemische middelen zoals pesticiden, maar het overmatige gebruik hiervan is zeer schadelijk voor het milieu, de menselijke gezondheid en andere levende organismen. Gelukkig kunnen we bondgenoten vinden in de bodem die ons kunnen helpen in de strijd tegen pathogene microben.
Verschillende microben (bacteriën, schimmels en protisten) hebben de capaciteit om pathogenen te doden. Dergelijke nuttige microben produceren antibiotische verbindingen of concurreren om ruimte en hulpbronnen. Deze benaderingen worden biologische bestrijding (biocontrole) genoemd. Biologische bestrijding is een milieuvriendelijk alternatief en mogelijk een duurzame aanpak om plantenziekten door pathogenen te beheersen. Het benutten van deze nuttige microben als een duurzame oplossing voor de landbouw, die het gebruik van synthetische chemische pesticiden en meststoffen helpt verminderen, wordt intensief onderzocht.
Protisten gebruiken om bacteriële ziekten in planten te bestrijden
Naast bacteriën en schimmels in de bodem zijn er ook veel protisten aanwezig. Deze micro-organismen omvatten alle microscopische, eencellige eukaryoten die geen dier, plant of schimmel zijn, zoals amoeben of algen. Hoewel protisten de minst bestudeerde microben zijn voor biocontrole, kunnen ze ook bijdragen aan de gezondheid van planten.
De meeste bodemprotisten zijn predatoren. Predatore protisten voeden zich met andere microben, waaronder plantpathogene bacteriën en schimmels. Hoe ze bijdragen aan de gezondheid van planten en ziekteresuppressie blijft echter onderbelicht. Een groep onderzoekers in China wilde weten: 1) of bio-organische bemesting plantgezondheid kan verbeteren door het bevorderen van pathogeen-onderdrukkende protisten, en 2) of predatore protisten een bacterieel pathogeen dat verantwoordelijk is voor verwelking bij tomaten kunnen onderdrukken en daarmee opbrengstverlies kunnen voorkomen.
Diversiteitsanalyse in tomatenveldgronden
De onderzoekers begonnen met het evalueren van de impact van conventionele (CF), organische (OF) en bio-organische (BF) meststoffen op ziekteresuppressie van het bacteriële pathogeen Ralstonia solanacearum. CF was een mix van minerale meststoffen, OF was een compost van raapzaadmeel en kippenmest, en BF was een mix van OF en de nuttige bacterie Bacillus amyloliquefaciens T-5. In een langetermijnexperiment in een tomatenveld brachten ze de drie verschillende meststoffen aan en evalueerden ze verwelkingssymptomen. Ze verzamelden ook bodemmonsters uit het tomatenveld en extraheerden DNA om de bacteriën, schimmels en protisten in die bodems te identificeren.
Ze ontdekten dat bemesting een grotere impact had op de diversiteit van protisten in vergelijking met bacteriën en schimmels. Interessant genoeg vonden de onderzoekers meer predatore protisten wanneer de ziekteincidentie laag was, wat betekent dat deze protisten de overvloed van het pathogeen R. solanacearum in de bodem beïnvloedden.
Isolatie van predatore protisten en tests in kasexperimenten
Over het algemeen gebruiken onderzoekers de verdunningsmethode om protisten uit de bodem te isoleren. Deze methode bestaat uit het mengen van een bodemmonster met water, en vervolgens een deelmonster nemen en meer water toevoegen om slechts een paar protisten in het mengsel over te houden. Voor het isoleren van predatore protisten is het noodzakelijk om hun voedselbron (bijvoorbeeld bacteriën) toe te voegen, dood of levend, zodat de predatore protisten hun prooi kunnen volgen.
Twee mechanismen kunnen worden waargenomen bij het gebruik van predatore protisten voor pathogenensuppressie. De eerste is een direct effect, waarbij de protisten de pathogene bacteriën opeten, of een indirect effect door andere bacteriën in de bodem te veranderen. Om deze effecten te testen, gebruikten de onderzoekers geïsoleerde predatore protisten. In de kas inoculeerden ze de bodem van tomatenplanten met R. solanacearum en Colpoda-protiststammen.
Uit deze tests bleek dat de protisten de overvloed van R. solanacearum verminderden doordat ze het pathogeen consumeerden. Dit suggereert dat predatore protisten kunnen worden gebruikt als biocontroleagenten om bodempathogenen zoals Ralstonia solanacearum in diverse landbouwsystemen te onderdrukken. Bovendien kunnen sommige predatore protisten de productie van antimicrobiële verbindingen door nuttige bacteriën bevorderen, die ook pathogenen doden. Dit indirecte effect wordt ook ondersteund door het vermogen van sommige predatore protisten om selectief bacteriën te eten die de groei van pathogenen bevorderen.
De toepassing van predatore protisten voor biocontrole in de landbouw is veelbelovend en kan effectiever zijn dan bacteriële of schimmel-biocontroleagenten. Protisten kunnen extreme omstandigheden overleven, zoals watergebrek en hoge of lage temperaturen in de bodem. Deze weerstand kan ook nuttig zijn bij het formuleren van bioproducten, omdat dit de houdbaarheid kan verlengen en het product gemakkelijker te hanteren en te transporteren maakt. Protisten kunnen dus strategische bondgenoten worden om onze gewassen te beschermen en voedselzekerheid te garanderen.
Link to the original post: Guo, S., Jiao, Z., Yan, Z., Yan, X., Deng, X., Xiong, W., … & Geisen, S. (2024). Predatory protists reduce bacteria wilt disease incidence in tomato plants. Nature Communications, 15(1), 829. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45150-0
Featured image: Image created by Fiama Guevara with Microsoft Designer. Image source: Microsoft image creator
Additional references: Fujino et al., 2024. Guardians of plant health: roles of predatory protists in the pathogen suppression. https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-024-06846-w#Sec6
Vertaald door: Mira Stas
micro-bites.org 