Pers en media

ILVO persbericht - maandag 25 mei 2020

Bemesting en ziektebestrijding via bodembacteriën? Veelbelovende resultaten geboekt bij maïsplanten met koude-stress en schimmelinfectie.

Bacteriën die maïsgroei onder koude temperaturen kunnen verbeteren én bacteriën die de gevolgen van een schimmelinfectie met Rhizoctonia solani kunnen beperken, die werden via de techniek van metabarcoding ontdekt door ILVO-VIB onderzoekster Stien Beirinckx. Met die kennis kunnen onderzoekers aan de slag om de bacteriële wortelgemeenschap – het wortelmicrobioom – te gaan ‘programmeren’ om stress bij maïs te verminderen en groei te bevorderen. Dit is het begin van een nieuwe veelbelovende kennisontwikkeling met het oog op landbouw met minder externe inputs.
“We hebben natuurlijk voorkomende bacteriën geselecteerd die een sterke band hebben met maïs en die een plantengroei-bevorderde werking hebben onder koude omstandigheden of bij schimmelinfectie,” zegt Stien Beirinckx. “De volgende stap is het verder ontrafelen van de werkingsmechanismen en kolonisatiestrategieën van deze bacteriën. Op termijn willen we zaden vooraf gaan behandelen met deze bacteriën om zo de kieming in het voorjaar verbeteren, wanneer het nog behoorlijk koud kan zijn. We hopen ook dat de ontwikkeling in de jeugdfase dan sneller verloopt en dat de ziektegevoeligheid teruggedrongen wordt.”

Op 19 mei verdedigde Stien Beirinckx haar doctoraat: “Grasping the maize root microbiome to enhance biotic and abiotic stress tolerance.” Promotoren van het doctoraat zijn Prof. dr. Sofie Goormachtig van VIB-PSB en Dr. ir. Jane Debode van ILVO. Bekijk deze korte video over het onderzoek: https://youtu.be/bDr0eT7J3RY

mais

Landbouwgewassen ervaren steeds meer stress

Door de opwarming van de aarde en het overwicht van monoculturen in ons huidige landbouwsysteem, ervaren landbouwgewassen steeds meer stress, zoals een verhoogde ziektedruk en extremere weersomstandigheden. Een nieuwe aanpak die gebruik maakt van andere en nieuwe landbouwmethodes dringt zich op. Een vaak gesuggereerde oplossing is het gebruik van bacteriën als biologisch bemestings- en bestrijdingsproduct. Maar om de werking daarvan te doorgronden en te voorspellen, hebben we vooreerst een goede kennis nodig van de bestaande bacteriële gemeenschappen in en rond plantenwortels, en van hun effect op de plantengroei. VIB-ILVO onderzoekster Stien Beirinckx ging die uitdaging aan voor maïs: zij zocht én vond bacteriële stammen die de maïsgroei kunnen bevorderen onder koude omstandigheden (vb. een kille lente) of bij infectie door de schadelijke schimmel Rhizoctonia solani. “Je mag niet vergeten dat maïs eigenlijk een subtropisch gewas is, en dus bijzonder gevoelig aan koude, vooral tijdens de kieming en jeugdgroei”, licht de onderzoekster toe. “Daarom wordt maïs vrij laat geplant, maar daardoor wordt ook de groeiperiode sterk beperkt. Bodembacteriën die jonge plantjes beschermen kunnen het verschil maken: een langer groeiseizoen en gezondere planten zorgen voor meer opbrengst.”

Bodembacteriën in kaart

Via hoogtechnologische technieken – metabarcoding - bracht de onderzoekster de aanwezige bacteriën in kaart en isoleerde ze deze van tussen de maïswortels en vanuit de omringende bodem. In gecontroleerde bio-assays, ontwikkeld door het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie en ILVO, werd nagegaan hoe deze microben plantengroei kunnen stimuleren. Twee veelgebruikte methoden om metabarcoding experimenten te analyseren werden vergeleken: een Operational Taxonomic Unit (OTU) werkwijze en een Amplicon Sequence Variant (ASV) werkwijze. Beide werkwijzen werden gebruikt om drie datasets te analyseren: een dataset met bodemstalen, een dataset met stalen van maïswortels en een derde gesimuleerde dataset. Beide analysis werden vergeleken op de bekomen diversiteit, rijkheid, differentiele veranderingen en de taxonomische verschillen in de datasets. Er werd aangetoond dat de ASV werkwijze de beste optie is om een overzicht te krijgen van de microbiële gemeenschappen in de gebruikte stalen. Daarenboven bevatte de analyse minder fouten wanneer deze werd uitgevoerd op familieniveau.

Na het op punt stellen van de analysemethodologie werden de bacteriële gemeenschappen van de maïswortel meer in detail onderzocht. Daarbij werden families gedetecteerd die de maïswortel altijd koloniseren, maar er werden ook families ontdekt die sterker reageren op koude temperaturen: sommige werden talrijker bij koude, andere – streptomyceten bijvoorbeeld – waren minder abundant aanwezig. Dat effect bleek sterker tussen de wortels dan in de omringende bodem.

Plantenhelpers opsporen

Een deel van collectie bodembacteriën werd getest op groeibevordering in maïs bij koude temperaturen. Op basis van deze screening werden twee bacteriële stammen gedetecteerd die de groei van maïs onder koude temperaturen verbeterden. De onderliggende werkingsmechanismen en kolonisatiestrategieën zijn nog niet gekend en moeten verder onderzocht worden.

Er werden ook bacteriën opgespoord die de ziektesymptomen van R. solani in maïs kunnen verlagen. Hiervoor werden de bacteriële stammen in de collectie gescreend voor twee gekende biocontrolemechanismen, namelijk direct antagonisme van de schimmel en de inductie van de jasmonaatsignalisatie in de plant. Bij het eerste mechanisme gaat de bacterie de schimmel direct gaan tegenwerken, bij het tweede stimuleert de bacterie een hormonenreactie in de plant, zodat die zijn eigen verdediging kan gaan organiseren. Een selectie van de bacteriële collectie, gebaseerd op de resultaten van beide screenings, werd nadien getest op een biocontrole-effect tegen R. solani in maïs gegroeid in serres. Dit zorgde voor veelbelovende resultaten waarvan het onderliggende werkingsmechanisme nog onderzocht wordt.

Toepassing in de praktijk?

De resultaten van dit doctoraatsonderzoek zorgden voor een grotere kennis omtrent de bacteriële gemeenschappen in de maïswortel, én er werd aangetoond dat deze gemeenschappen veranderen bij koudere temperaturen. Deze kennis, samen met de aangelegde collectie, kan het identificeren, selecteren en toepassen van groeibevorderende stammen een flinke boost geven. Er werden zowel bacteriën geïdentificeerd die maïsgroei onder koude kunnen verbeteren of de ziektesymptomen van Rhizoctonia solani in mais kunnen onderdrukken. Met die kennis kunnen onderzoekers nu aan de slag om de bacteriële wortelgemeenschap – het wortelmicrobioom – te gaan ‘programmeren’ om stress te verminderen en groei te bevorderen. Op (lange) termijn kan dat leiden tot een nieuw commercieel biologisch product voor toepassing in de landbouw. Dat kan bijvoorbeeld onder de vorm van een zaadcoating die kieming in het voorjaar kan verbeteren, de ontwikkeling in de jeugdfase versnelt en ziektegevoeligheid terugdringt.

Contact

Sofie Vandendriessche, ILVO-communicatie, sofie.vandendriessche@ilvo.vlaanderen.be, T 09 272 25 28
Stien Beirinckx, doctorandus, stien.beirinckx@psb.vib-ugent.be
Jane Debode, promotor ILVO, jane.debode@ilvo.vlaanderen.be