DE ZIEKTEVERWEKKER GENEEST

Planten kennen geen immuunsysteem. Om een parasiet tot staan te brengen, worden enkele cellen opgeofferd. Maar het herkennen van een parasiet is het zwakke punt. Met DNA-technieken worden kwetsbare planten "op scherp gezet'.

De boer moet van de overheid zijn gifspuit vaker in de schuur laten staan. Voor het jaar 2000 moet het huidige verbruik van 18 miljoen kg aan bestrijdingsmiddelen worden gehalveerd, aldus het Meerjarenplan Gewasbescherming.

Als alternatief zijn resistente gewassen nodig. Resistentieveredeling gaat meestal uit van varianten die van nature ongevoelig zijn voor bepaalde ziektes. Zo grijpen aardappelveredelaars terug naar wilde soorten uit het Andesgebergte die resistent zijn voor schimmels en bodemaaltjes. Via kruising en genetische modificatie tracht men de aardappel te voorzien van de gewenste eigenschappen.

Prof.dr. Pierre de Wit benadert hetzelfde probleem op een radicaal andere manier: hij gaat uit van de ziekteverwekker. De pas benoemde hoogleraar fytopathologie van de Landbouwuniversiteit Wageningen plaatst eigenschappen van het pathogeen in de plant. Hierdoor worden de rollen omgedraaid: de plant neemt het heft in handen in plaats van de ziekteverwekker. De verkregen resistentie is dan zeer moeilijk te doorbreken. ""Je kunt de aanpak vergelijken met de bestrijding van de pokken. Deze ziekte wordt preventief bestreden door de inbreng van een verlamd pokkevirus bij de mens'', verklaart De Wit.

Maar het idee is nieuw voor de bestrijding van planteziekten. Een plant kent een afweersysteem dat sterk afwijkt van het immuunsysteem bij dierlijke organismen. Bij mens en dier worden bij infectie antistoffen gemaakt, die door het hele lichaam worden vervoerd. De strategie bij planten is gebaseerd op een lokale opoffering van cellen.

De Wit: ""Een resistente plant is eigenlijk overgevoelig en maakt gebruik van de verschroeide aarde tactiek. Zodra een ziekteverwekker binnendringt laat de plant een paar cellen rond de plaats van infectie afsterven. Hiermee legt ook de belager het loodje. De plant gebruikt dit gerichte afweersysteem zelfs tegen plantaardige parasieten als de maretak en duivelsnaaigaren.''

Bladvlekkenziekte

De Wit heeft zich sinds 1974 intensief bezig gehouden met de ontrafeling van dit resistentiemechanisme op moleculair niveau. Meer specifiek bekeek hij de interactie tussen de schimmel Cladosporium fulvum, die de bladvlekkenziekte veroorzaakt bij tomaat, en zijn waardplant.

Wat ontdekte De Wit zoal? De tomaat herkent signaalstoffen die door de schimmel worden afgescheiden. Hierop reageert de plant acuut met inschakeling van haar natuurlijke afweersysteem. Deze overgevoeligheidsreactie, opgeroepen door de signaalstof, gaat gepaard met de aanmaak van fyto-alexinen of afweerstoffen. Van een van de signaalstoffen (een eiwit) heeft De Wit de biochemische structuur uit de doeken gedaan. Ook het gen, dat codeert voor de signaalstof, is door hem volledig gekarakteriseerd, dat is het avirulentiegen 9 (avr9). De overgevoeligheidsreactie blijkt alleen mogelijk in combinatie met het corresponderende resistentiegen (Cf9).

Ondanks de aanwezigheid van het resistentiegen blijft in de praktijk de overgevoeligheidsreactie soms uit. Uit onderzoek van De Wit blijkt dat de natuurlijke reactie op twee manieren kan worden omzeild door de schimmel. De ziekteverwekker maakt een andere signaalstof die door de plant niet meer wordt herkend, zodat de plant niet reageert en alsnog wordt aangetast. Of de ziekteverwekker maakt de signaalstof helemaal niet meer en dat geeft hetzelfde resultaat.

Setje genen

Gewapend met deze kennis ontwikkelde professor De Wit een nieuwe bestrijdingsmethode. ""Mijn systeem bestaat uit de inbreng van een setje genen in de plant. Dat setje omvat het resistentiegen in de tomaat en het avirulentiegen uit de schimmel Cladosporium fulvum. Die twee genen maken componenten die met elkaar reageren en aanleiding geven tot een overgevoeligheidsreactie. Eenmaal aangezet is de reactie tegen een groot aantal schimmels werkzaam.''

Wanneer het resistentiegen aanwezig is in de plant is het slechts nodig om het bijbehorende avirulentiegen in de plant te brengen. Zit het resistentiegen nog niet in de plant dan kan dat worden verkregen door kruising met een cultivar die het gen wel heeft.

De jonge hoogleraar (43) denkt met zijn methode een baanbrekende techniek in handen te hebben die alle ziekteverwekkers de das om doet. Hetzelfde setje genen werkt volgens De Wit niet alleen tegen schimmels, maar ook tegen virussen, bacteriën en nematoden (aaltjes), ""Als je er maar voor zorgt dat die cassette met genen ook door deze belagers kan worden aangezet. Want de overgevoeligheidsreactie werkt uiteindelijk als een dominant natuurlijk afweersysteem tegen alle pathogenen.''

Buckeffect

Maar De Wit wil zich duidelijk niet vergalopperen en huivert voor een Buckeffect. Daarom zegt hij relativerend: ""Ik ben al blij als de methode werkt in een paar pathosystemen in leden van de nachtschadefamilie, zoals tomaat en aardappel, waar ons onderzoek zich in eerste instantie op richt.''

Voorlopig is deze wijze van bestrijding alleen nog maar mogelijk in tomaat. Het resistentiegen in tomaat, dat de signaalstof van de schimmel herkent, is namelijk nog niet gesoleerd. Maar dat zal geen twee jaar meer duren, volgens De Wit. ""Zodra dat is gebeurd kan de methode bij de aardappel worden toegepast. Om het gen over te zetten naar de aardappel via transformatie moet je het gen eerst fysiek in handen hebben. Want je kunt tenslotte geen tomaat kruisen met een aardappel.''

De hoogleraar heeft inmiddels goede hoop dat de werkwijze ook aanslaat bij andere planten dan nachtschade-achtigen. Recent Amerikaans onderzoek wijst in die richting. Een tomatebacterie, die normaal geen pathogeen is voor soja, tuinboon of peper, veroorzaakt na kunstmatig aanbrengen op deze planten wel degelijk een overgevoeligheidsreactie. De onderzoekers Keen en Staskawicz hebben dat vorig jaar ontdekt. De Wit: ""Indirect duidt dat erop dat de kans groot is dat het twee-componentensysteem ook werkt in andere planten.''

Co-evolutie

De door De Wit voorgestelde werkwijze biedt een aantal belangrijke voordelen. Zo kan de ziekteverwekker de natuurlijke afweer van de plant niet gemakkelijk omzeilen, omdat de plant deze reactie nu zelf stuurt. Om dezelfde reden is doorbreking van de resistentie moeilijk. Met de methode worden dus duurzaam resistente planten verkregen die de ziekteverwekkers voor zeer lange tijd buiten de deur kunnen houden.

De Wit: ""Normaliter wordt de resistentie regelmatig doorbroken, soms al na een of twee jaar. Vooral als het pathogeen om te overleven sterk afhankelijk is van de gastheer. Denk maar aan het griepvirus waar elk jaar weer een nieuwe stam van ontstaat. Met een plant is dat net zo. Door co-evolutie en selectiedruk ontstaan mutaties van de ziekteverwekkers die toch weer kans zien te parasiteren. Zo zijn er van phytophthora, een schimmel die de aardappelziekte veroorzaakt, al elf verschillende verschijningsvormen aangetoond. Maar de regel: Al is de fytopatholoog nog zo snel, het pathogeen achterhaalt hem wel, gaat niet langer op bij deze aanpak.''

Er zit echter nog een grote maar aan dit juichverhaal. Het twee-componentensysteem moet onder normale omstandigheden uitstaan, anders sterft de plant af. ""Dat is de grootste bottleneck'', zegt De Wit. De genen moeten produkten gaan maken op de juiste plaats en tijd, namelijk onmiddellijk daar waar pathogenen de plant binnen dringen. Om dat te bereiken moeten de twee genen onder controle komen van enkele regulatoren. Hiervoor gebruikt De Wit erfelijk materiaal dat codeert voor de lokale aanmaak van afweerstoffen in de plant.

""Enige zeefwerking is hierbij wel nodig'', aldus De Wit. ""Want als zo'n regulerend stukje DNA niet voor de volle honderd procent werkt en gaat aanstaan als de plant begint te bloeien of bij veroudering dan is de hele oogst foetsie. En daar is het tenslotte allemaal om begonnen. Om dat te voorkomen moet de ene component worden geblokkeerd op het moment dat de andere lekt. Dat kan door er voor te zorgen dat het resistentiegen bijvoorbeeld alleen maar aan kan staan in het blad en nooit in een bloem.''

Op dit moment zijn er door de vakgroep Fytopathologie enkele constructies gemaakt van het gen uit de schimmel dat codeert voor de signaalstof. Die worden nu overgezet in tabak en tomaat en vervolgens in het veld getest of ze in staat zijn dezelfde signaalstof te maken als de schimmel. Actievoerders als Ziedende Bintjes of Razende Rooiers kunnen pas op zijn vroegst over drie jaar roet in het eten gooien. Eerder zijn veldproeven niet te verwachten.

Een belangrijk deel van De Wits onderzoek naar verdere verfijning van de techniek wordt gefinancierd uit een in 1990 verkregen octrooi op het idee. Het octrooi stond De Wit af aan het Leidse bedrijf Mogen in ruil voor onderzoeksgelden en royalties. Op dit moment heeft de Wageningse vakgroep Fytopathologie een post-doc medewerker in dienst die indirect wordt betaald door Mogen.

Het onderzoek naar nieuwe bestrijdingsmethoden als die van De Wit heeft grote belangstelling van de overheid. De Stichting NWO trekt samen met het Ministerie van Landbouw 7 à 8 mln gulden uit voor vijf jaar onderzoek naar gewasbescherming, waarvoor begin 1993 een speciaal prioriteitenprogramma start. Zoveel geld is uitzonderlijk in een tijd dat het rijk als financier van wetenschappelijk onderzoek steeds verder terug treedt. De overheid wil serieus vaart zetten achter de terugdringing van het gifverbruik in de Nederlandse landbouw.

    • Peter de Jaeger