Welkom bij
Moderne landbouw
!
Terwijl ze door de zee van groene, gele en oranje bladeren van een kastanjeboomgaard loopt en zorgvuldig kastanjebramen van de bomen verzamelt, realiseert Sara Fitzsimmons, directeur restauratie van de American Chestnut Foundation, zich dat ze niet in de buurt zal zijn om de volle vruchten van haar arbeid. Daarvoor is de levenscyclus van een boom veel te lang.
Al bijna twee decennia werkt Fitzsimmons aan de heropleving van de Amerikaanse kastanje (Castanea dentata) , een fundamentele soort die ooit de oostelijke bossen van de Verenigde Staten en het zuiden van Ontario, Canada domineerde. Maar meer dan een eeuw geleden werden de bomen blootgesteld aan kastanjeziekte, een invasieve ziekteverwekker die per ongeluk werd geïntroduceerd door geïmporteerde Aziatische boomsoorten, voornamelijk gebruikt voor sierteelt en in boomgaarden. Amerikaanse kastanjebomen, kwetsbaar voor de schimmelziekte, werden verwoest door de plaag en lieten bossen achter vol omgevallen bomen of stengels met kale, dode takken. Nu blijft 84 procent van de kastanjebomen in Amerika klein en kan geen vrucht dragen.
Op een gegeven moment waren er ergens tussen de drie en vijf miljard Amerikaanse kastanjebomen. Vandaag zijn er maximaal 435 miljoen nog in leven. Organisaties zoals de American Chestnut Foundation werken aan de ontwikkeling van een nieuwe, bacteriedodende kastanjeboom om de populatie te herintroduceren en nieuw leven in te blazen. De tijdlijn? "Het gaat ons tussen de 150 en 200 jaar kosten om een ecologische impact te maken met miljoenen zaailingen op het landschap", zegt Fitzsimmons.
Vóór de bacterievuur waren Amerikaanse kastanjebomen niet alleen belangrijk voor het ecosysteem, maar ook voor de mens en hun manier van leven. Toen er veel kastanjebomen waren, konden boeren vertrouwen op hun noten als voedingsbron voor hun varkens of kalkoenen. Ze zochten ook vaak naar de noten om te eten als hun eigen voedsel of zelfs om mee te ruilen. Het hout van de bomen bleek stevig voor bouwconstructies en werd gebruikt voor dakspanen, balken en vloeren in huizen, maar ook voor bielzen en telegraaf- of telefoonpalen.
“Het hout was erg rotbestendig, we hadden er veel toepassingen voor. Het is erg goed in koolstofvastlegging, wat belangrijk is in deze tijd van klimaatverandering. Het is een heel mooi leefgebied voor dieren in het wild. En vroeger oogstten mensen in deze tijd van het jaar kastanjes”, zegt William Powell, directeur van het American Chestnut Research and Restoration Project aan de State University of New York College of Environmental Science and Forestry (SUNY-ESF).
Rijpe kastanjes. Foto door karnavalfoto, Shutterstock.
En natuurlijk waren ze goed om te braden. "Je hoort dat lied, 'kastanjes roosteren [op] een open vuur'", zegt Powell, verwijzend naar het klassieke kerstlied geschreven in 1945 door Robert Wells en Mel Tormé. “Dat zijn Amerikaanse kastanjes. Dus dat was allemaal verloren.”
Stadsstraten stonden ooit vol met karren die de zoete, geroosterde vakantietraktatie serveerden. Hoewel de associatie van kastanjes met de feestdagen terug te voeren is op het Europa van de zestiende eeuw, stonden de in Noord-Amerika geteelde kastanjes bekend om hun rijkere, zoetere smaak en waren ze vooral geschikt als warme traktatie tijdens de wintermaanden. Dat veranderde allemaal toen bacterievuur het aantal Amerikaanse kastanjes verminderde tot bijna niets. Nu is elke kastanje die boven een open vuur wordt geroosterd waarschijnlijk geïmporteerd, aangezien de VS verantwoordelijk is voor minder dan één procent van de totale wereldproductie van het gewas.
Ondanks het enorme verlies zijn kastanjebomen technisch niet uitgestorven. Sterker nog, ze staan niet eens op een bedreigde lijst. De bacterievuurschimmel kan het wortelstelsel van de bomen niet aantasten vanwege micro-organismen in de bodem die als een beschermer werken. Dit resulteert in een uniek vermogen voor de Amerikaanse kastanjebomen om bij de wortels te overleven.
Maar de huidige versie van een kastanjeboom verbleekt in vergelijking met de torenhoge voorouders van de bomen, die vroeger 80 tot 30 voet lang werden met een stamdiameter van ongeveer 10 voet. "Het probleem is dat 84 procent van hen slechts een centimeter in diameter is op borsthoogte", zegt Fitzsimmons. “En ze zijn slechts ongeveer 15 voet lang. Ze dienen niet de diensten en ecosystemen die de soort zou moeten doen. Dus we noemen ze functioneel uitgestorven.”
Een man valt in het niet bij een grote overgebleven Amerikaanse kastanje in Kentucky. Foto met dank aan de American Chestnut Foundation.
In haar missie om de Amerikaanse kastanje te herstellen door een bacterievuurbestendige boom te creëren, maakt de stichting gebruik van een systeem dat veredelingstechnieken en biotechnologie incorporeert. Een methode die wordt gebruikt door de American Chestnut Foundation staat bekend als terugkruising. Voor deze methode selecteren en verplaatsen wetenschappers gewenste eigenschappen van de ene variëteit naar de andere. Het doel is om de bacterieresistentiegenen van een andere soort te isoleren en op te nemen in de genetische samenstelling van Amerikaanse kastanjebomen. Leila Pinchot, een onderzoeksecoloog voor de US Forest Service die gespecialiseerd is in het herintroduceren van kastanjebomen in het bos, legt terugkruising uit als een "benadering om de genen voor resistentie van Chinese kastanje te integreren met de Amerikaanse kastanje, want wat we willen is een boom die eruitziet en gedraagt zich Amerikaans.”
Pinchot legt uit dat deze methode, zo blijkt uit onderzoek van geneticus Jared Westbrook voor de American Chestnut Foundation, in het geval van de kastanjeboom niet de oplossing bleek te zijn. Het doel van terugkruising is om twee of drie genen te isoleren, maar in het geval van de kastanje:"Er zijn zoveel genen voor resistentie in de Chinese kastanje, dat het gewoon niet haalbaar is om die te combineren met de Amerikaanse kastanje en een boom te produceren dat is vooral Amerikaans, maar bevat nog steeds de genen voor systemen uit het Chinees”, zegt Pinchot. Toch hebben de teruggekruiste bomen een hogere bacterievuurtolerantie dan een wilde boom en worden ze voorlopig nog steeds in bossen geplant om de bomenpopulatie aan te vullen.
Terugkruising is niet de enige hoop van de boom. In het laboratorium van Powell bij SUNY-ESF gebruikte hij onlangs genetische manipulatie om een bacterieresistente boom te ontwikkelen door een enkele streng tarwe-DNA te combineren met het DNA van Amerikaanse kastanje. Powell, die meer dan 30 jaar aan het project heeft gewerkt, isoleerde een gen uit tarwe en richtte zich op het vermogen om de bacterievuurschimmel aan te pakken. “Het leuke van dit gen is dat het de schimmel tegengaat die de boom aanvalt”, zegt hij.
Powell legt uit dat wanneer bacterievuur een boom infecteert, deze zuren en enzymen begint te maken die in die zuren werken. Het belangrijkste zuur dat het produceert, bekend als oxaalzuur, is een toxine dat de plantencellen doodt. De schimmel voedt zich vervolgens met die dode cellen en vormt een structuur die kanker wordt genoemd en die uiteindelijk een boom omgordt en alles boven het punt van infectie doodt. "Wat dit [tarwe]-gen zal doen, is in feite een enzym maken dat dat zuur ontgift. Het breekt het af in waterstofperoxide en kooldioxide, twee dingen die de plant sowieso gebruikt”, zegt Powell. "Dus eigenlijk halen we het wapen weg van de schimmel." De genetisch gemanipuleerde of transgene bomen staan bekend als Darling 58 en zijn de eerste in hun soort. En hoewel de nieuwe bomen nog steeds besmet kunnen raken met dezelfde kastanjeziekte die hun neven meer dan een eeuw geleden heeft gedood - en mogelijk zelfs licht beschadigd kunnen raken - zal de boom overleven.
Transgene zaailingen planten in een boomgaard in New York. Foto met dank aan de American Chestnut Foundation.
Vanwege de status van Darling 58 als genetisch gemanipuleerde plant, is de volgende stap om de bomen in bossen te krijgen een strikt regelgevingsproces via de USDA, EPA en de FDA. SUNY-ESF heeft in 2020 een petitie ingediend bij de USDA om de bomen te dereguleren om ze in het wild te kunnen planten. Dit proces, hoopt Powell, zal ergens in 2023 worden afgerond. Ondertussen zijn meer dan 2.000 van de Darlings geplant op streng gereguleerde velden, waar het verboden is om te bloeien of stuifmeel in het wild te verspreiden. Terwijl ze wachten op de regelgeving die nodig is om bomen in bossen te planten, zijn Powells lab en de American Chestnut Foundation aan het werk om de Darling-bomen te kruisen met DNA van wilde kastanje, in de hoop sterkere bomen te creëren die in het hele land zullen groeien.
Op deze manier zijn wilde kastanjebomen, zelfs met hun functioneel uitgestorven status, van vitaal belang voor het herstelproces van de Amerikaanse kastanje. De wilde bomen, prominent aanwezig in regio's met enorm verschillende klimaten - van Georgië helemaal tot aan het zuiden van Canada - hebben een adaptieve diversiteit waardoor ze kunnen gedijen binnen hun ecosystemen. “Darling 58 is een kloon. We kunnen de Amerikaanse kastanje of welke soort dan ook niet herstellen met een kloon”, zegt Fitzsimmons. "De boom zou niet in alle soorten omgevingen kunnen blijven bestaan. Stel dat ik een kastanjeboom uit Alabama neem en die in Maine probeer te planten, op dit moment zou die boom het niet overleven.' Zonder adaptieve koudetolerantie zou de kastanjeboom niet levensvatbaar zijn in een koude regio. Door de Darling 58-bomen te kruisen met wilde kastanjebomen, ontstaat de diversiteit die de soort nodig heeft om landelijk te verjongen.
De stichting vertrouwt op gepassioneerde individuen of burgerwetenschappers om wilde Amerikaanse kastanjematerie te vinden die ze kunnen gebruiken in de fok- en biotechprogramma's.
En voor de volgende stappen in het herstelproces, wanneer het tijd is om te beginnen met het introduceren van bacterievuurbestendige bomen in de Amerikaanse bossen, zal het proces niet eenvoudiger zijn dan het ontwikkelen van de nieuwe boom. Pinchot wijst op mogelijke ecologische uitdagingen in de volgende stappen om de soort nieuw leven in te blazen. "We moeten weten hoeveel licht de bomen nodig hebben om te groeien en welke soorten behandelingen geschikt zijn voor kastanjes om hun groei te stimuleren zonder, nogmaals, het concurrentievoordeel aan andere soorten te geven. Daar liggen echt mijn onderzoeksinteresses”, zegt ze. Logistieke uitdagingen zoals het kweken van voldoende zaailingen in kwekerijen en ze vervolgens met succes naar de bossen overbrengen, zijn ook topprioriteit. Net als vrijwilligers die op de grond staan, die een integraal onderdeel zullen zijn van het planten van de tientallen miljoenen bomen.
“Het gaat veel mensen, veel geld, veel energie, veel tijd kosten. Weet je, met bomen doet de natuur het een stuk beter. Maar de natuur kan dit niet alleen, en we zullen haar veel hulp moeten bieden”, zegt Fitzsimmons. “Het is echt poëtisch dat ik meewerk aan een project dat mijn voorouders 100 jaar geleden begonnen en het zal mijn nageslacht nog 100 jaar kosten om het af te maken. Ik denk dat daar iets heel cools aan is.”
