Microbiologie in hapklare porties
Micro-buddies voor macro-resistentie
Rijst is het op één na belangrijkste graangewas ter wereld. Alleen al in 2022-23 werd wereldwijd 520,4 miljoen ton rijst geconsumeerd. De opbrengst wordt echter ernstig bedreigd door onkruid dat met het gewas concurreert om hulpbronnen zoals voedingsstoffen en zonlicht. Deze concurrentie beperkt de groei van rijst. Van de ongeveer 90 soorten onkruid die in rijstvelden groeien, is het hondsgras (Echinochloa crus-galli) het meest destructief vanwege zijn sterke aanpassingsvermogen aan de veranderende milieuomstandigheden en hoge kiemkracht. Het heeft een sterke resistentie ontwikkeld tegen een specifiek type herbicide, cyhalofop-butyl genaamd.
In dit onderzoek identificeerden de auteurs micro-organismen op het zaad van het onkruid die voor resistentie tegen het onkruid zorgden, onderzochten ze het mechanisme achter deze resistentie en bedachten ze een manier om deze in laboratoriumomstandigheden tegen te gaan.
De bron van de resistentie
De auteurs gingen eerst na of de resistentie zich ontwikkelde door een interne factor van het onkruid, zoals mutaties in de genen waar het herbicide zich op richt, of door een externe factor. Daarvoor bestudeerden ze de herbicideresistentie van vijf opeenvolgende generaties van het onkruid. Ze ontdekten dat de vijfde generatie het meest resistent was tegen het herbicide en dat er geen verschil was tussen de doelgenen van de meest resistente en de minst resistente variëteiten. De vijfde generatie vertoonde ook de hoogste bacteriële biodiversiteit van alle generaties.
Op basis hiervan en van enkele eerdere onderzoeken stelden de auteurs voor dat de herbicideresistentie verband hield met de biodiversiteit van micro-organismen.
Maar hoe werkt dit?
Om het verband tussen de biodiversiteit van micro-organismen en de herbicideresistentie te achterhalen, werden de microbiële soorten die aanwezig waren op de zaden van herbicideresistente en herbicideresistente onkruiden vergeleken. De bacterie Pantoea deleyi was alleen aanwezig op de onkruidsoort die was blootgesteld aan het herbicide. Bovendien herstelde deze bacterie de groei van het onkruid aanzienlijk, zelfs onder toediening van herbiciden, en toonde resistentie tegen cyhalofop-butyl.
Wat deed dit micro-organisme precies met de plant om hem herbicideresistent te maken?
Om daar achter te komen werd de expressie van verschillende genen van het resistente onkruid geanalyseerd en vergeleken met die van het vatbare onkruid. Om te begrijpen wat dat betekent, moeten we eerst begrijpen dat elk gen codeert voor een specifiek eiwit. Als een gen meer “tot expressie” komt, betekent dit dat er meer kopieën zijn gemaakt van het eiwit dat door het gen wordt gecodeerd, omdat ze nodig zijn voor een specifieke functie. In dit geval is de functie het neutraliseren van de herbicidemoleculen, zodat ze de plant niet meer kunnen schaden en de plant resistent wordt.
Genen die coderen voor eiwitten die herbicidemoleculen neutraliseren, zoals Cytochroom P450 (Cyp P450) en Glutathion S-Transferase (GST), kwamen significant meer tot expressie in de resistente variëteiten dan in de vatbare. Dit bevestigde dat P. deleyi het onkruid herbicideresistent maakte door de expressie van genen die verantwoordelijk zijn voor de neutralisatie van herbiciden te verhogen.
De tegenmaatregel
Bovendien werd ontdekt dat een bacteriesoort genaamd Bacillus velezensis de groei van P. deleyi in laboratoriumomstandigheden kan remmen. Dit biedt interessante vooruitzichten voor veldtoepassingen, waarbij we herbicideresistente onkruiden mogelijk kunnen behandelen met een dosis B. velezensis om ze gevoeliger te maken voor herbiciden.
Deze benadering legt een belangrijke basis voor de ontwikkeling van duurzamere en milieuvriendelijkere oplossingen voor onkruidbeheer die niet afhankelijk zijn van chemische herbiciden.
Deze studie brengt dus een nieuw mechanisme naar voren waardoor onkruid resistent kan worden tegen herbiciden. Deze kennis geeft ons niet alleen een nieuw gezichtspunt om herbicideresistentie te begrijpen, maar stelt ons ook in staat om nieuwe methoden te ontwikkelen om deze resistentie tegen te gaan door ons te richten op het microbioom van het zaad van het onkruid.
Link to the original post: Hu, T., Fang, H., Pan, Q., Xu, H., Lv, T., Fan, X., … & Wang, M. (2024). Seed microbiome-mediated herbicide resistance evolution in weeds. The New phytologist, 242(2), 333-343. DOI: https://doi.org/10.1111/nph.19459
Featured image: Image taken from Pexels
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 