Het minuscule organisme Phytophthora infestans dat de ernstigste bedreiging van het wereldgewas aardappel vormt, is genetisch ontleed. In het project om het genoom tot op het detail van de bouwstenen te karteren namen zo'n honderd onderzoekers deel van 34 instituten uit zes landen, waaronder wetenschappers van Wageningen University. Het genoom van de verwekker van de aardappelziekte blijkt ruim twee tot viermaal zo groot als van vergelijkbare organismen. Bovendien geeft de afwijkende structuur van het genoom inzicht in de manier waarop het pathogeen de aardappelplant zo succesvol weet te belagen. Op 9 september publiceerde Nature de resultaten.
Phytophthora is voor aardappeltelers een gevreesde ziekte. Geïnfecteerde planten leggen binnen vijf tot zeven dagen het loodje. Door misoogsten ontstaat er elk jaar alleen al in Nederland voor 9,4 miljoen euro schade. Om die te beperken spuiten telers bijna wekelijks met bestrijdingsmiddelen die jaarlijks ruim 115 miljoen euro kosten. Aardappel is daardoor het meest bespoten gewas in Nederland.
Het internationale onderzoeksteam onder leiding van het Broad Institute in de Verenigde Staten telde in het genoom van Phytophthora infestans 240 miljoen bouwstenen (baseparen). Dat is bijzonder groot in vergelijking met twee verwante soorten, P. sojae (95 miljoen) die sojaplanten infecteert en P. ramorum (65 miljoen) die gedijt op eiken en andere boomsoorten. Een groot deel van de bijna 18.000 genen in het genoom van P. infestans ligt veelal geconcentreerd bij elkaar. Zij zijn de dragers van de overerfbare eigenschappen van P. infestans die al miljoenen jaren onveranderd zijn gebleven. Ze dienen bijvoorbeeld voor de stofwisseling en worden nauwelijks ingezet bij het koloniseren van waardplanten. Het overgrote deel van het genoom (74 %) kenmerkt zich echter door uitgestrekte gebieden die bestaan uit kopieën van dezelfde stukjes DNA, zonder veel genen. De zeldzame genen die er zijn gelegen blijken een cruciale rol te spelen bij het infecteren van de plant. De genenwoestijn is bijzonder dynamisch. In hoog tempo verschijnen er genen, muteren of doven weer uit. Juist door de veranderlijkheid van de genen in deze genoomregio's zijn er binnen de miljoenen exemplaren van een Phytophthora-populatie altijd wel varianten die de gewenste wapens hebben voor een succesvolle aanval op de plant. Deze varianten vermenigvuldigen zich vervolgens zeer snel.
Aanval
Eenmaal in contact gekomen met de plant scheidt een aanvallende Phytophthora diverse soorten eiwitten af die in de plantencel een bruggenhoofd slaan voor de verdere penetratie van de ziekteverwekker. Het onderzoeksteam identificeerde in het genoom van P. infestans meer dan 500 RXLR-genen en 200 CRN-genen, zgn. effector-genen die een rol spelen bij de aanval op de aardappelplant. Meer inzicht in de manier waarop de ziekteverwekker de plant infecteert helpt onderzoekers om verdedigingsmechanismen in de plant te verbeteren zodat chemische bestrijding van de aardappelziekte aanzienlijk kan worden beperkt.
Illustratie:
» Download: jpg van grotere afbeelding
» Download: pdf van grotere afbeelding
Stamboom van een familie van CRN-eiwitten die Phytophthora inzet om een aardappelplant te koloniseren. Vanuit het centrum tonen verschillend gekleurde vertakkingen de onderlinge verwantschap tussen P. infestans (blauw), P. sojae (geel) en P. ramorum (rood). De kleurrijke buitenrand toont de aanvalseiwitten (effectoren) die uit diverse domeinen bestaan. Die zijn deels in de evolutie onveranderd gebleven (blauwe driehoekjes en groene ruitjes) of sterk variabel (overige vormen en kleuren). De diversiteit in dergelijke eiwitten en de dynamiek van het Phytophthora-genoom dragen bij aan het aanpassingsvermogen van P. infestans om resistentie in aardappelplanten te omzeilen. (Bron: Haas et al., Nature 9 september 2009)
Noot voor de redactie:
Meer informatie bij prof.dr. Francine Govers, Laboratorium voor Fytopathologie van Wageningen University, tel. 0317 483138, e-mail francine.govers@wur.nl of bij Jac Niessen, wetenschapsvoorlichter Wageningen UR, tel. 0317 485003, e-mail jac.niessen@wur.nl. (DOI van de publicatie zal zijn 10.1038/nature08358).