Beschaving zoals het nu is bekend kon zijn geëvolueerd, noch kan het overleven, zonder een adequate voedselvoorziening. - Norman Borlaug

De meeste mensen hebben nog nooit van gehoord Norman Borlaug. Hij is, tot nu toe, de enige landbouwwetenschapper die ooit de Nobelprijs voor de vrede heeft gewonnen. Zijn werk in de ontwikkeling van hoogproductieve en ziekteresistente graangewassen bespaarde meer dan een miljard (ja, miljard) mensen van de hongerdood.

Hoewel hij jaren geleden bijna 50 uitsprak, kon zijn boodschap vandaag niet relevanter zijn. We leven in een wereld die naar verwachting zal overschrijden negen miljard mensen op ongeveer 2050, en momenteel, sommige 800 miljoen mensen heb niet genoeg voedsel om een ​​gezond en actief leven te leiden.

De Verenigde Naties Food and Agriculture Organization projecten die we nodig hebben om de voedselproductie met minstens 70% verhogen om deze toename in bevolkingsgroei op te vangen. Dit is een moeilijke taak, nog moeilijker gemaakt door het feit dat bijna 20% van de wereldwijde oogst verloren gaat plantenziekten. Een van de meest efficiënte manieren om deze ziekten te bestrijden is door chemische controle - de toepassing van pesticiden. Echter, ziekteverwekkers kunnen snel resistentie tegen pesticiden ontwikkelen, die dan steeds meer gebruikt kunnen worden om de productie in stand te houden. Er zijn ook milieu- en gezondheidsproblemen geassocieerd met de toepassing van potentieel toxische chemicaliën op velden.

De vraag is dringend voor een veiliger en meer duurzame methoden voor gewasbescherming. Dat is waar we de plant pathologen, stap in. Een plant patholoog is gespecialiseerd in de gezondheid van planten op dezelfde manier een arts die is gespecialiseerd in de gezondheid van de mens, en we werken onvermoeibaar om onze voedselvoorziening te beschermen.

Een nieuw onderzoeksgebied in de oorlog tegen ziekteverwekkers richt zich op het versterken van het natuurlijke afweersysteem van de plant. Als een plant zelfstandig een infectie kan bestrijden, kunnen we de benodigde hoeveelheid pesticiden verminderen. Vergelijkbaar met hoe kinderen worden gevaccineerd om zich te beschermen tegen toekomstige ziektes, gebruiken plantenpathologen dezelfde methode om planten te 'immuniseren' tegen ziekteverwekkers, met als doel hun immuunsysteem tegen indringers te versterken. Deze methode om het immuunsysteem van planten te ontsteken, zou een veilige en effectieve manier kunnen zijn om een ​​deel van de wereldwijde oogst die momenteel verloren is gegaan aan ziekten te redden.

Een maniokspecialist inspecteert een ziek gewas in het noordoosten van Thailand. CIAT, CC BY-SA

Inzicht in het plantenimmuunsysteem

Planten worden van nature blootgesteld aan een verscheidenheid aan pathogene microben, zoals bacteriën, schimmels en virussen. In tegenstelling tot mensen, die de mogelijkheid hebben om infecties fysiek te omzeilen, zijn planten onbeweeglijk. Daarom moet elke cel in de fabriek zichzelf verdedigen tegen aanvallen. Planten hebben een meerlagig immuunsysteem dat hen helpt deze micro-organismen te bestrijden. Het werkt op een manier die erg lijkt op het menselijk immuunsysteem.

Planten detecteren ziekteverwekkers door microbiële 'patronen' te herkennen. Dit zijn unieke kenmerken van het type microbe (denk aan bacteriële flagellen) dat de plant heeft ontwikkeld om te herkennen als 'niet-zelf'. We kunnen dit vermogen gelijkstellen aan de herkenning van antigenen door de menselijk lichaam, dat een immuunreactie induceert. Helaas evolueren ziekteverwekkers continu om erkenning te ontlopen, meestal door deze patronen af ​​te schermen of te camoufleren. Dit vermogen stelt hen in staat om de cellen van een plant te koloniseren voordat het een effectieve immuunrespons kan opbouwen.

Defence Priming is als vaccinatie

Een van onze belangrijkste onderzoeksdoelen is om deze patronen te gebruiken om de planten immuunsysteem, Waardoor betere bescherming tegen pathogene microben, in plaats van traditionele chemische controlemiddelen.

Het principe van "defensie priming"Lijkt erg op hoe we vaccins ontwikkelen om ziekten bij de mens te behandelen. Een vaccin werkt door op te treden als pathogeen impostor. Het bederft het immuunsysteem in het denken dat het wordt aangevallen, wat afweerreacties stimuleert, zoals de productie van antilichamen. Dit creëert een verdedigingsgeheugen, waardoor het immuunsysteem een ​​bepaalde ziekteverwekker kan herinneren als het lichaam hem in de toekomst tegenkomt. Het kan dan snel en krachtig reageren, dankzij het geheugen met priming van het vaccin.

We kunnen ditzelfde principe toepassen op een plant-pathogeenrelatie. Wanneer we bijvoorbeeld het patroon van interesse van een pathogeen hebben geïdentificeerd, werken we om het te isoleren en te zuiveren. Deze stap is als het vervaardigen van het vaccin. We kunnen dan de plant inoculeren met het gezuiverde patroon - bijvoorbeeld door het met een spuit in de stengel of bladeren te injecteren. Het doel is om de natuurlijke immuunrespons van de plant te stimuleren, resulterend in een snellere en / of sterkere afweerreactie de volgende keer dat de plant die ziekteverwekker tegenkomt.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

We zorgen er in feite voor dat de planten klaar zijn voor de strijd voordat de vijand aanvalt. Met primer behandelde planten tonen verhoogde weerstand tegen infecties, die vaak wordt gekenmerkt door minder symptomen en minder pathogeenpopulaties in de plant. Hoewel gegrond planten nog niet zijn geïmplementeerd op een grootschalige basis in de commerciële landbouw, wetenschappers actief uitvoeren van onderzoek naar het gebruik van defensie-priming in zowel de kas als in het veld instellingen voor bescherming tegen bacteriën, virussen en schimmels.

Mijn eigen onderzoek richt zich primair op het gebruik van defensie-priming voor bescherming tegen een bacterieel pathogeen genaamd Xylella fastidiosa dat is van invloed op de multi-miljard-dollar wijn-, tafel- en rozijnen-druifindustrieën. Het veroorzaakt de ziekte van Pierce, die de staat Californië kost meer dan US $ 100 miljoen per jaar kosten voor oogstenverlies en inspanningen om het te behandelen. Er is momenteel geen remedie voor de ziekten veroorzaakt door dit plantenpathogeen, maar ons doel is om defensieve priming te gebruiken om het te overwinnen.

Planten worden ook ziek! Stamroestzwam op tarwe. Yue Jin, Agricultural Research Service

Potentieel in commerciële landbouw

In tegenstelling tot het menselijke immuunsysteem, waarbij afweerreacties specifiek zijn voor een bepaalde kiem, zijn de effecten van priming in planten breedspectrum, waardoor de plant wordt beschermd tegen een breed scala aan ziekten en insectenplagen.

Een ander groot voordeel van defensieve priming is dat er weinig of geen vermindering is in de fitheid van de plant - planten groeien en reproduceren nog steeds normaal. Dit is een kritisch voordeel in de commerciële landbouw, waar succes afhankelijk is van hoge opbrengsten.

Verder is de gegronde toestand duurzaam en kan deze lang na de initiële stimulus worden gehandhaafd. Uit recent onderzoek is ook gebleken dat planten dit verdedigingsgeheugen kunnen doorgeven aan hun nageslacht, mits multigenerationale bescherming zonder enige genetische modificatie.

Verder onderzoek is nodig om ons begrip van de moleculaire mechanismen achter dit fenomeen te verbeteren, maar defensieve priming lijkt waarschijnlijk een waardevol en veelbelovend hulpmiddel in de toekomst van duurzame landbouw.

Over de auteur

Jeannette Rapicavoli is promovendus in Plant Pathology aan de Universiteit van Californië, Riverside. Mijn onderzoek richt zich op de moleculaire basis van de gastheer-pathogeen interacties van planten pathogene bacteriën die woonachtig zijn in de xyleem of watervoerende weefsel van de plant vasculaire systeem. In het bijzonder, werk ik met een bacteriële ziekteverwekker die ernstige ziekten veroorzaakt bij druiven en citrus, onder andere economisch belangrijke plant gastheren. Op dit moment is mijn onderzoek gewezen op de rol van bacteriële celoppervlak polysacchariden als veroorzakers van de plant aangeboren immuunsysteem.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boek:

at

Bedankt voor het bezoeken InnerSelf.com, waar er zijn 20,000+ levensveranderende artikelen waarin ‘nieuwe attitudes en nieuwe mogelijkheden’ worden gepromoot. Alle artikelen zijn vertaald naar 30+ talen. Inschrijven aan InnerSelf Magazine, dat wekelijks verschijnt, en Marie T Russell's Daily Inspiration. InnerSelf Magazine verschijnt sinds 1985.