Onderzoekers van het Britse John Innes Centre hebben een ontdekking gedaan die de landbouw duurzamer kan maken. Ze hebben een biologisch mechanisme geïdentificeerd waardoor plantenwortels beter kunnen samenwerken met nuttige microben in de bodem. Deze vinding kan leiden tot een aanzienlijke vermindering van het kunstmestgebruik.
In de huidige landbouw zijn gewassen sterk afhankelijk van kunstmest om voldoende stikstof en fosfaat op te nemen. Dit intensieve gebruik van kunstmest heeft echter negatieve gevolgen voor het milieu. Wetenschappers zoeken daarom al geruime tijd naar manieren om de natuurlijke samenwerking tussen planten en bodemmicroben te versterken.
Betere samenwerking
Het onderzoeksteam ontdekte een specifieke genetische mutatie in de plant Medicago truncatula. Dat beschrijven de wetenschappers in een studie, die gepubliceerd werd in het vakblad Nature. Deze mutatie verandert de signaalverwerking in de plant zodanig dat deze beter kan samenwerken met twee types nuttige bodemmicroben: stikstofbindende rhizobiabacteriën en arbusculaire mycorrhizaschimmels (AMF). Deze laatste helpen de plant bij de opname van fosfaat.
Bij deze zogeheten endosymbiose leven de microben in de plantenwortels. De plant voorziet hen van suikers, en krijgt in ruil voedingsstoffen terug. Tot nu toe was een groot probleem echter dat deze samenwerking vooral goed werkt in voedselarme bodems, terwijl de moderne landbouw juist werkt met zeer voedselrijke grond.
Ook onder landbouwomstandigheden
De nieuw ontdekte mutatie in een calciumsignaleringssysteem zorgt er echter voor dat de endosymbiose ook onder landbouwomstandigheden wordt versterkt. Het team toonde bovendien aan dat dezelfde mutatie in tarwe ook leidt tot een betere kolonisatie door stikstofbindende bacteriën en mycorrhizaschimmels, zelfs onder landbouwomstandigheden. Het onderzoek onthult bovendien hoe dit precies werkt: de calciumsignalen in de celkernen van de wortels reguleren de productie van flavonoïden. Dit zijn stoffen die de endosymbiose bevorderen. Dit inzicht opent nieuwe mogelijkheden voor het veredelen van gewassen die efficiënter gebruik maken van natuurlijke bodemprocessen.
Belangrijker dan ooit
De ontdekking is vandaag de dag relevanter dan ooit, aangezien de landbouw voor grote uitdagingen staat. Gewassen moeten niet alleen hoge opbrengsten leveren, maar ook bestand zijn tegen ziekten en klimaatverandering. Tegelijkertijd moet het gebruik van kunstmest omlaag, om zowel het milieu als de portemonnee van boeren te ontzien. Daarnaast is er de groeiende druk door de toenemende wereldbevolking en de afname van beschikbare landbouwgrond.
Door de natuurlijke samenwerking tussen planten en bodemmicroben te versterken, kunnen gewassen mogelijk efficiënter voedingsstoffen opnemen. Dit zou kunnen leiden tot een substantiële vermindering van het kunstmestgebruik, zonder dat dit ten koste gaat van de opbrengst. Het versterken van de natuurlijke samenwerking tussen planten en microben kan de landbouw dus helpen de hoeveelheid benodigde kunstmest en de negatieve impact op het milieu aanzienlijk te verminderen. Dit draagt bij aan de gezondheid van de bodem, de biodiversiteit, en helpt de landbouwproductie op lange termijn te waarborgen.
Verder onderzoek nodig
De volgende stap is om te onderzoeken of deze bevindingen ook toegepast kunnen worden op andere belangrijke voedselgewassen. De onderzoekers zelf zijn alvast optimistisch: “Onze bevindingen bieden grote mogelijkheden voor de bevordering van duurzame landbouw. Het is onverwacht en opwindend dat de mutatie die we hebben geïdentificeerd endosymbiose versterkt onder landbouwomstandigheden, omdat het mogelijkheden biedt voor duurzame gewasproductie met behulp van endosymbionten, naast een verminderd gebruik van anorganische meststoffen.”