‘Microbioom stuurt het functioneren van planten’

Microbieel ecoloog Jos Raaijmakers (rechts) neemt monsters van het microbioom van een Scalesia-plant op het onbewoonde Galapagoseiland Floreana.

‘Planten evolueren in samenhang met hun microbioom.’ Voor microbieel ecoloog Jos Raaijmakers reden om deze relaties te onderzoeken in het lab, op Afrikaanse akkers en in het wild op de Galapagoseilanden.

‘Nee, het was zeker geen excuus voor een exotisch vakantiereisje. Ik was er ook al een keer eerder geweest. Tijdens de expeditie sliepen we op de boot Yualka II en gingen vaak al vroeg naar de eilanden op zoek naar planten om monsters te nemen. Na terugkomst op het Galapagos Science Centre op San Cristobal maakten we nog lange dagen in het lab om de monsters te verwerken. Maar het was natuurlijk wél op de Galapagoseilanden en dat is toch een mekka voor natuuronderzoek. Het inspireert enorm en je krijgt haast vanzelf iets van het Darwingevoel te pakken’, vertelt microbieel ecoloog Jos Raaijmakers van het Nederlands Instituut voor Ecologie en bijzonder hoogleraar microbiële interacties en diversiteit in Leiden. Hij was dit voorjaar twee weken op zoek naar ‘onzichtbaar leven op Galapagos’ en bezocht meerdere (onbewoonde) eilanden om monsters te nemen bij de plantaardige versie van de Darwinvinken: reuzenmadeliefjes uit het geslacht Scalesia.

Evolutie
‘Het was een roerig half jaar’, erkent Raaijmakers. Zo werd hij 26 april verkozen tot KNAW-lid en maakte de Bill & Melinda Gates Foundation eind mei bekend dat zij ruim 10 miljoen dollar investeren in de tweede fase van het door hem gecoördineerde project Promise (Promoting Root Microbes for Integrated Striga Eradication). ‘Het valt toevallig samen. Het veldwerk op de Galapagoseilanden was eigenlijk eerder gepland, maar het vraagt veel tijd om toestemming te krijgen om de onbewoonde eilanden te betreden en de expeditie te organiseren’, vertelt Raaijmakers. ‘Op die eilanden verzamelden we bladeren en wortels van meerdere Scalesia-soorten om vast te stellen in hoeverre de microbiomen verschillen en welke rol dat speelt in de vestiging en evolutie van deze inheemse plantensoorten.’ Scalesia bestaat uit vijftien soorten bomen en struiken die alleen op de Galapagosarchipel voorkomen en net als de Darwinvinken een complexe verspreiding over deze eilanden kennen. ‘De soorten leven in verschillende vegetatiezones. Scalesia pedunculata is bijvoorbeeld een middelgrote boom die voorkomt in nevelwouden op het centrale hoofdeiland Santa Cruz en het kleinere, onbewoonde Floreana, maar op dezelfde eilanden vind je als pionier op lava ook struikjes van Scalesia affinis. Wij willen graag weten of de microbiomen van plant en bodem een rol hebben gespeeld in deze evolutionaire aanpassingen. Het idee is immers dat planten evolueren in samenhang met hun microbioom.’

‘Dit onderzoek sluit aan bij het meer fundamentele werk dat we in Nederland doen’

Dit onderzoek wordt, als onderdeel van het Barcode Galapagos-project dat alle levensvormen op deze archipel in kaart wil brengen, uitgevoerd in samenwerking met Universidad San Francisco de Quito, Galapagos Science Center en Universidad de Málaga. Het team bezocht in twee weken zeven eilanden om monsters te verzamelen, bijna twee keer zoveel eilanden als Darwin in 1835 in een maand bezocht. ‘Dit onderzoek sluit aan bij het meer fundamentele werk dat we in Nederland doen aan de rol van het microbioom in de groei, ontwikkeling en gezondheid van planten. Voor gewassen zitten daar ook twee interessante toepassingen aan verbonden: enerzijds kennis van welke micro-organismen en met name bacteriën en schimmels in de bodem een bijdrage leveren aan het fenotype van een plant en anderzijds de mogelijkheid om microben te isoleren en als biologicals aan zaden mee te geven als biostimulanten of als bescherming tegen ziekten of abiotische stress, zoals droogte’, vertelt Raaijmakers. ‘Microbiomen sturen het functioneren van planten. We begonnen ooit met ‘postzegels verzamelen’ door het in kaart brengen van de microbiële diversiteit, maar zijn inmiddels al ver gevorderd met het ontrafelen van de onderliggende mechanismen en functies.’

Opbrengstverliezen
Raaijmakers is tevens coördinator van het ontwikkelingsproject Promise dat zich richt op een groot probleem dat kleine boeren in Afrika treft in onder meer de teelt van het belangrijke graangewas sorghum: dramatische opbrengstverliezen door het parasitaire onkruid Striga of heksenkruid. ‘Het heeft heel mooie paarse bloempjes, maar in sub-Saharisch Afrika zit Striga in de top 5 van de factoren die opbrengst beperken.

Striga is vaak met heel veel kleine zaden in de toplaag van de bodem aanwezig en de zaden kiemen onder invloed van stoffen die sorghumplanten zelf door hun wortels uitscheiden om gunstige mycorrhizaschimmels aan te trekken. Daarnaast is ook de vorming van haustoria – de aanhechtingsstructuren waarmee Striga -kiemen verbinding leggen met houtvaten van het gewas – een belangrijke stap die de parasitaire levenswijze mogelijk maakt’, vertelt Raaijmakers.

Veldproeven
In het Promise-1-project zijn in kas- en veldproeven in Nederland, Verenigde Staten en Ethiopië nieuwe detectiemethoden voor Striga ontwikkeld en meerdere bodemmicro-organismen en vluchtige organische remstoffen ontdekt die kieming van Striga -zaden of haustoriavorming afremmen. ‘In Promise-2 gaan we in veldproeven bij sorghum, rijst en gierst in Ethiopië, Senegal en Tanzania op zoek naar een geïntegreerde aanpak om Striga af te remmen. Hiervoor gebruiken we specifieke vluchtige stoffen die afkomstig zijn van het bodemmicrobioom of gestimuleerd worden door toevoeging van specifieke reststromen’, aldus Raaijmakers. ‘Het is pionierswerk onder vaak lastige omstandigheden qua logistiek en onderzoeksfaciliteiten, maar juist dat maakt het ook heel mooi en bevredigend werk om te doen. Het doet me terugdenken aan mijn stage die ik in 1985 als Utrechtse biologiestudent in Egypte – in de buurt van de Piramiden van Gizeh – deed naar bestrijding van parasitaire bremraap bij veldbonen. Ik ga soms wel heel letterlijk back to the roots .’