Wie de term microbiota hoort, denkt waarschijnlijk als eerste aan zijn darmflora en hoe die gezond te houden. Maar diep onder onze voeten speelt zich een minstens zo interessant verhaal af: de microbiota van planten.
In de nieuwste editie van Science onthullen professor Niko Geldner en zijn team van de Universiteit van Lausanne hoe wortels en bacteriën elkaar aantrekken, bestrijden en soms ook verraden. Het is een dynamisch evenwicht dat de gezondheid van planten bepaalt en mogelijk zelfs de toekomst van onze landbouw vormgeeft.
Verborgen wortelnetwerk
De plantmicrobiota – ook wel fytobioom genoemd – bestaat uit hele gemeenschappen van bacteriën en schimmels, maar ook insecten die op of rond de plant leven en een wisselwerking met elkaar aangaan. Rond de wortels, de zogenaamde rhizosfeer, is dit fytobioom het rijkst. Planten rekruteren actief bondgenoten uit de bodem om hun groei en weerstand te versterken. Maar dat netwerk is broos. Sommige bacteriën loeren op hun kans en zodra een plant verzwakt, slaan ze toe: de rollen draaien om, de plant wordt ziek en legt soms zelfs het loodje door de microben.
Hoe beslist een plant wie welkom is? Het geheim zit in de zogeheten wortelafscheidingen (ook wel wortelexsudaten genoemd), die bestaan uit een cocktail van suikers, aminozuren en andere moleculen. Deze stoffen werken als lokmiddel voor microben. Normaal houdt de wortelbarrière ze binnenboord, maar tijdens de groei ontstaan er scheurtjes in het onderstel van de plant. “Hoewel de gebroken barrière snel weer wordt hersteld, zorgt de scheur voor een tijdelijke lekkage. Bacteriën klonteren dan juist op die plek samen”, legt hoofdonderzoeker Geldner uit. Deze op het eerste gezicht toevallige lekkage blijkt cruciaal te zijn bij de keuze van microbiële partners.
Glutamine
Met behulp van genetisch aangepaste Arabidopsis-planten kwamen de onderzoekers erachter dat vooral aminozuren en dan in het bijzonder glutamine, naar buiten lekken. “We tonen aan dat veranderingen in de barrières een diepgaande invloed hebben op de bacteriële kolonisatie”, zegt Geldner. “We hebben de bacteriën genetisch zo veranderd dat ze niet meer in staat waren om glutamine te ‘ruiken’. Het gevolg hiervan was dat ze de plekken waar zijwortels tevoorschijn komen niet meer konden vinden”, vertelt onderzoeker Huei-Hsuan Tsai. Daarbij werd duidelijk dat glutamine een ideale energiebron is. “We hebben laten zien dat de bacteriën zich metabolisch aanpassen aan deze glutaminerijke niche. Ze doen zich massaal tegoed aan het goedje, waardoor ze zich nog sneller weten te vermenigvuldigen”, weet Tsai.
De studie laat zien hoe subtiel de strijd en samenwerking tussen planten en microben is. Elke lekkage kan leiden tot een explosie van bacteriële activiteit. Soms pakt dat goed uit, omdat beschermende bacteriën de plant sterker maken. Soms zet het juist de deur op een kier voor indringers om een ravage aan te richten.
Lessen voor de landbouw
De landbouw kijkt met veel interesse naar de nieuwe inzichten. Boeren moeten minder kunstmest en pesticiden gebruiken, maar dat is een grote uitdaging. Er gloort een duurzame oplossing aan de horizon als planten in staat zijn om hun eigen bondgenoten beter te kunnen aantrekken. Toch houdt Geldner een slag om de arm: “Dit is de droom van veel onderzoekers. Maar elke bodem heeft zijn eigen microbiota, waardoor het lastig is een specifieke bacterie aan te laten slaan op de manier die je voor ogen hebt.” Volgens hem zijn vervolgstudies met gecontroleerde laboratoriumexperimenten nodig om algemene regels te vinden die ook in de praktijk werken.
De volgende stap is het identificeren van andere stoffen waar bacteriën verzot op zijn. Het team is het meest benieuwd naar de aantrekkingskracht van bepaalde stoffen bij stress door droogte, zout of hitte. Zulke kennis kan een revolutie in de landbouw teweegbrengen, want gezonde bodems en sterke planten zijn essentieel om de voedselzekerheid te waarborgen. “De gezondheid van planten hangt af van hun microbiota, dat is een ding wat zeker is. Als we geen beter inzicht krijgen in de interacties rondom de wortels, dan zullen we nooit echt begrijpen wat er op onze akkers gebeurt”, besluit Geldner.
Luister ook naar de Scientias Podcast:
