Ziekteverwekkers voor het eerst real time in slablaadjes te zien

Met een groeiende wereldbevolking van meer dan 8 miljard mensen is voldoende voedsel produceren een uitdaging. Nederland is ‘s werelds tweede exporteur van voedsel en verbouwt enorm efficiënt allerlei gewassen. Plantenziektes zoals valse meeldauw zijn echter een veelvoorkomend probleem dat de oogst van de boer flink kan bederven. Delftse wetenschappers hebben voor het eerst een manier ontwikkeld om de infectie in planten real-time te volgen, zonder de plant te hoeven doden. De hiermee opgedane kennis helpt om nieuwe resistente gewassen te kweken met een hogere opbrengst en minder gebruik van pesticiden. Het onderzoek staat nu in Nature Communications.

Resistente gewassen

Boeren die sla kweken, willen het liefst sla die resistent is tegen allerlei ziektes. Zo ook tegen valse meeldauw, een veelvoorkomende plantenziekte die gele of bruine vlekken veroorzaakt op de bovenkant van bladeren. Delftse wetenschappers bekeken infecties van valse meeldauw in sla, een plantensoort waarin je zo’n infectie normaal pas in het eindstadium kunt zien. “Er zijn wel slasoorten die resistent zijn tegen valse meeldauw, maar net als bij het coronavirus ontwikkelt de ziekte zich steeds tot nieuwe varianten die de resistente planten toch kunnen infecteren. Dit dwingt wetenschappers en veredelaars voortdurend om nieuwe resistente gewassen te kweken in een wedloop met de evoluerende ziektes”, legt natuurkundige Jos de Wit uit, die voor zijn promotieonderzoek samenwerkte met Utrechtse biologen.
 

Real-time volgen

Om gewassen zoals sla te kweken die beter bestand zijn tegen ziektes hebben onderzoekers van TU Delft en Universiteit Utrecht methode ontwikkeld waarmee je een beeld kunt vormen van veelvoorkomende planteninfecties. Dat kan voor het eerst zónder de plant dood te hoeven maken en vele malen sneller dan met de gangbare microscopie. “Tot op heden moesten onderzoekers voor elke stap in het proces een plant doodmaken, kleuren en dan onder de microscoop bekijken”, zegt Jeroen Kalkman, universitair hoofddocent in natuurkundige beeldvorming. “Nu kunnen we met een nieuwe beeldvormingstechniek in real-time volgen hoe een ziekte zich in een levende plant ontwikkelt.” 
 

Hogere opbrengst

Plantenwetenschappers weten vaak niet hoe een infectie precies verloopt in de plant en wat bepaalde gewassen ongevoelig maakt voor een ziekteverwekker. Het instrument geeft daar inzicht in, wat helpt om gewassen te kweken met een bredere resistentie voor verschillende ziekten. “Deze gewassen hebben minder pesticiden nodig, zijn beter bestand tegen extreme weeromstandigheden en leveren dus een hogere opbrengst op. Zo zullen er – uiteindelijk – meer mensen op aarde gevoed kunnen worden”, aldus Kalkman.
 

Plantenziektes in kaart brengen

“De techniek die wij gebruikt hebben heet dynamische optische coherentie tomografie (dOCT)”, vertelt De Wit. “Daarbij zendt je licht uit en meet je de tijd die het licht nodig heeft om te reflecteren, een soort van echoscopie met licht in plaats van geluid. Zo kun je binnen anderhalve seconde zo’n 50 tot 100 plaatjes schieten van een geïnfecteerd slablad. We kunnen plantenziektes met dOCT goed in kaart brengen doordat de ziektekiemen meer bewegen dan de plantcellen. Door kleurtjes te geven aan gebieden met meer beweging kunnen we een sterk contrast genereren tussen de ziekteverwekker en de plant. Zonder dOCT kun je de ziekte pas in een veel later stadium zien.” 
 

Bruikbare tool

Naast sla hebben de wetenschappers laten zien dat hun instrument ook werkt voor andere gewassen, zoals radijs en paprika met parasitaire rondwormen. Wel is er vervolgonderzoek nodig om van de techniek een makkelijk bruikbaar stuk gereedschap te maken voor biologen zonder technische achtergrond. Kalkman: “Ik wil graag verder met dit onderzoek om de brug te slaan tussen de technologie en de biologie.”