Welkom bij
Moderne landbouw
!
Een team van wetenschappers onder leiding van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy heeft het specifieke gen ontdekt dat een belangrijke symbiotische relatie tussen planten en bodemschimmels regelt, en heeft met succes de symbiose gefaciliteerd in een plant die er doorgaans tegen bestand is. De ontdekking zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van bio-energie- en voedselgewassen die bestand zijn tegen barre groeiomstandigheden, ziekteverwekkers en ongedierte weerstaan, minder kunstmest nodig hebben en grotere en meer overvloedige planten per hectare produceren.
Wetenschappers hebben de afgelopen jaren een beter begrip ontwikkeld van de complexe relatie die planten hebben met mycorrhiza-schimmels. Wanneer ze verenigd zijn, vormen de schimmels een omhulsel rond plantenwortels met opmerkelijke voordelen. De schimmelstructuur strekt zich ver van de plantengastheer uit, waardoor de opname van voedingsstoffen toeneemt en zelfs met andere planten communiceert om te "waarschuwen" voor verspreiding van ziekteverwekkers en ongedierte. In ruil daarvoor voeden planten koolstof aan de schimmel, wat de groei stimuleert.
Aangenomen wordt dat deze mycorrhiza-symbiose de oude kolonisatie van land door planten heeft ondersteund, waardoor succesvolle ecosystemen zoals uitgestrekte bossen en prairies mogelijk zijn geworden. Naar schatting 80% van de plantensoorten hebben mycorrhiza-schimmels in verband met hun wortels.
"Als we het moleculaire mechanisme kunnen begrijpen dat de relatie tussen planten en nuttige schimmels regelt, dan kunnen we deze symbiose gaan gebruiken om specifieke omstandigheden in planten te verwerven, zoals weerstand tegen droogte, ziekteverwekkers, verbetering van de stikstof- en voedingsopname en meer," zei ORNL moleculair geneticus Jessy Labbe. "De resulterende planten zouden bijvoorbeeld groter worden en minder water en kunstmest nodig hebben."
Het vinden van de genetische triggers in een plant die de symbiose mogelijk maken, is een van de meest uitdagende onderwerpen in de plantenwereld geweest. De ontdekking, beschreven in Nature Plants , kwam na 10 jaar onderzoek bij ORNL en partnerinstellingen die manieren onderzochten om betere bio-energiegrondstofgewassen te produceren, zoals Populus , of de populier. Het werk is tot stand gekomen door verbeteringen in de afgelopen tien jaar op het gebied van genomische sequencing, kwantitatieve genetica en high-performance computing, gecombineerd met experimentele biologie.
De wetenschappers bestudeerden de symbiose gevormd door bepaalde soorten Populus en de schimmel Laccaria bicolor (L. bicolor) . Het team gebruikte supercomputing-bronnen bij de Oak Ridge Leadership Computing Facility, een DOE Office of Science-gebruikersfaciliteit bij ORNL, samen met genoomsequenties geproduceerd bij het DOE Joint Genome Institute, een DOE Office of Science-gebruikersfaciliteit bij Lawrence Berkeley National Laboratory, om de de zoektocht naar een bepaald receptoreiwit, PtLecRLK1. Nadat ze het waarschijnlijke kandidaat-gen hadden geïdentificeerd, gingen de onderzoekers naar het lab om hun bevindingen te valideren.
De onderzoekers kozen voor Arabidopsis , een plant die van oudsher geen interactie heeft met de schimmel L. tweekleurig , en beschouwt het zelfs als een bedreiging voor hun experimenten. Ze creëerden een gemanipuleerde versie van de plant die het PtLecRLK1-eiwit tot expressie brengt en inoculeerden de planten vervolgens met de schimmel. De schimmel L. tweekleurig omhulde de wortelpunten van de plant volledig en vormde een schimmelomhulsel dat wijst op de vorming van symbiont.
"We hebben laten zien dat we een niet-gastheer kunnen omzetten in een gastheer van deze symbiont", zegt Wellington Muchero, kwantitatief geneticus van ORNL. “Als we Arabidopsis kunnen maken interactie hebben met deze schimmel, dan denken we dat we andere biobrandstofgewassen zoals switchgrass, of voedselgewassen zoals maïs ook kunnen laten interageren en exact dezelfde voordelen kunnen bieden. Het opent allerlei mogelijkheden in diverse plantsystemen. Verrassend genoeg is één gen alles wat je nodig hebt.”
"Dit is een opmerkelijke prestatie die zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van bio-energiegewassen die kunnen overleven en gedijen op marginale, niet-landbouwgronden", aldus CBI-directeur Jerry Tuskan. "We zouden maar liefst 20-40 miljoen hectare marginaal land kunnen bebouwen met winterharde bio-energiegewassen die minder water nodig hebben, wat de vooruitzichten vergroot voor succesvolle landelijke, biogebaseerde economieën die duurzame alternatieven bieden voor benzine en industriële grondstoffen."
