Wetenschapsforum

Schimmels die het op tomatenplanten gemunt hebben zijn gehaaid. Zo weet de schimmel Verticillium de verdediging van de tomaat te doorbreken met de inzet van een ooit ontvoerd gen uit een plant. De schimmel benut dat gen nu om een agressieve ondergrondse aanval op tomatenwortels te lanceren.


Tomatenplanten, maar ook alle andere planten, dieren en mensen hebben een verdedigingssysteem om ziekteverwekkers te herkennen en onschadelijk te maken. Die signalering is vaak gebaseerd op de herkenning van ‘vreemde’ onderdelen van de ziekverwekkers die een poging doen binnen te dringen. Om zulke ‘lichaamsvreemde’ componenten te herkennen dragen de cellen van het te verdedigen ‘fort’ - de plant, het dier of de mens - gevoelige ontvangers, zgn. immuunreceptoren, op hun buitenoppervlak. Om de bodemschimmel Verticillium te herkennen beschikt de tomatenplant over de immuunreceptor met de naam Ve1. Verticillium is bij tomatenplanten zonder de verdedigingslinie Ve1 in staat de tomatenwortels binnen te dringen en daar de gevreesde verwelkingsziekte te veroorzaken. De schimmel verstoort de sapstroom in de tomatenplant, deze verwelkt en sterft.

Zijn dus alle tomatenplanten met Ve1 veilig? Niet altijd! Sommige stammen van de Verticillium-schimmel ontlopen de herkenning door de immuunreceptor Ve1 op de tomatenplant. Het internationale onderzoeksteam wist met moderne technieken de volledige DNA-inhoud (het genoom) te bepalen van schimmelstammen die herkend worden, en stammen die herkenning ontlopen. In de vergelijking van deze genomen viel één gen op. Dit gen maakt de schimmel herkenbaar, als het ware zichtbaar voor de plant. En wanneer het gen ontbreekt is de schimmel onzichtbaar. Hij is dan in staat de tomatenplant te infecteren en ziekte te veroorzaken, hoewel dat doorgaans een milde variant van de ziekte is.

Het herkende gen, genaamd Avirulentie op Ve1 planten (Ave1), heeft een aantal verrassingen in petto. Allereerst valt op dat het Ave1-gen onderdeel blijkt te zijn van een zeer grote familie. Tot verrassing van de onderzoekers komen de familieleden echter vrijwel uitsluitend voor in planten! De schimmel heeft dit gen zeer waarschijnlijk ooit van een plant ‘gestolen’ voor eigen gebruik. Waartoe de schimmel dit gedaan heeft werd duidelijk toen het team het gen in de schimmel uitschakelde; Verticillium was nog amper in staat de verwelkingsziekte te verwekken bij planten die de Ve1-immuunreceptor niet hebben. Ave1 maakt de schimmel dus agressiever wanneer de plant geen Ve1 immuunreceptor heeft. Dit verklaart meteen waarom Verticillium het gen niet kan verliezen om herkenning door de immuunreceptor van tomaat te ontlopen; de schimmel verliest zijn agressiviteit.


Nog een verrassing

De tweede verrassing voor de onderzoekers is dat niet alleen Verticillium dit gen van de plant gestolen heeft, maar dat er nog een aantal schimmels is dat tot die daad is gekomen. Ook de bodemschimmel Fusarium oxysporum, die net als Verticillium de verwelkingsziekte veroorzaakt, heeft een Ave1-gen. Geheel onverwacht blijkt de Ve1-immuunreceptor van tomaat ook Fusarium te herkennen en onschadelijk te maken.

Ave1 komt verder ook voor in een aantal schimmels die tomaat niet kunnen infecteren. Dit geldt bijvoorbeeld voor de schimmel Colletotrichum, een ziekteverwekker van kool, en Cercospora, een ziekteverwekker van biet. Hoewel de Ve1-immuunreceptor niet in bietenplanten voorkomt weten we inmiddels dat de Ve1-immuunreceptor van tomaat Cercospora kan herkennen.

Verticillium is een ziekteverwekker van honderden plantensoorten waarvan slechts enkele soorten de Ve1-immuunreceptor hebben. Sinds 60 jaar wordt de Ve1 immuunreceptor door veredelaars ingekruist in tomatencultivars die in de commerciële productie geteeld worden om resistentie tegen Verticillium te verkrijgen.


Bron:

Wageningen Universiteit


Wetenschappelijke publicatie:

Ronnie de Jonge, et al.: Tomato immune receptor Ve1 recognizes effector of multiple fungal pathogens uncovered by genome and RNA sequencing