Nieuw licht op de afweer van planten
Planten kunnen de aanval van een ziekteverwekker weerstaan dankzij een tweeledig afweersysteem. De relatie tussen de twee afweerlijnen was nog niet duidelijk, maar nu blijkt dat ze elkaar versterken, zoals universitair docent Pingtao Ding (Instituut Biologie Leiden) en collega’s (Sainsbury Laboratory, Engeland) laten zien in het blad Nature.
Microbiële ziekteverwekkers worden door planten bestreden. Planten beschikken daartoe over een algemeen afweersysteem. Het was bekend dat dit systeem twee lijnen heeft, maar hoe die samenhangen, was onbekend. Pingtao Ding en collega’s hebben nu ontdekt dat ze één geheel vormen. De afweerlijnen functioneren alleen als beide geactiveerd zijn.
Twee verdedigingslijnen
De eerste lijn van het afweersysteem wordt in gang gezet als receptoren op het oppervlak van cellen bepaalde moleculaire patronen herkennen van ziekteverwekkers, zoals virussen, bacteriën en schimmels. Dat leidt tot de productie van schadelijke zuurstofradicalen die de groei van de ziekteverwekkers kunnen remmen. Een ziekteverwekker die deze eerste verdedigingslijn overleeft, scheidt moleculen in plantencellen af die worden herkend door inwendige receptoren. Zij schakelen de tweede afweerlijn in, wat, bij sterke activatie, uitloopt op de vernietiging van geïnfecteerde cellen.
Experiment
‘Tot nu toe was de tweede verdedigingslijn nooit apart onderzocht, want hij is in de praktijk alleen werkzaam als ook de eerste lijn geactiveerd is’, vertelt Ding. ‘Ook van een wisselwerking tussen de twee lijnen was weinig bekend.’ Hij besloot daarom om ofwel alleen de oppervlakte-receptoren kunstmatig te prikkelen, ofwel alleen de inwendige receptoren, ofwel beide. Zo kon hij elke afweerlijn apart of beide tegelijk aanzetten en hun afzonderlijke effecten bestuderen.
Sterk vervlochten
Maar er zijn geen afzonderlijke effecten, zo bleek. In plaats daarvan werken de twee lijnen intensief samen. Prikkeling van inwendige receptoren heeft geen effect als niet ook de oppervlakte-receptoren gestimuleerd worden. En het effect van stimulatie van oppervlakte-receptoren dooft snel uit tenzij inwendige receptoren ook geprikkeld worden; in dat geval krijgt de eerste afweerlijn een boost: het is sterker en houdt langer aan. Ding: ‘De twee afweerlijnen functioneren alleen goed als de ander ook geactiveerd wordt en de twee versterken elkaar. Hun effecten overlappen; beide lijnen resulteren bijvoorbeeld in de productie van schadelijke zuurstofradicalen. Zo kunnen planten een sterke verdedigingsreactie optuigen als ze door een ziekteverwekker worden belaagd. Deze kennis komt van pas bij de ontwikkeling van gewassen die bestand zijn tegen ziekten.’
Leidse aanwinst
Ding gebruikte de modelplant Arabidopsis thaliana, ook wel bekend als de zandraket, en de bacteriële ziekteverwekker Pseudomonas syringae. Hij deed het onderzoek aan het Sainsbury Laboratorium en de Universiteit van East Anglia in Norwich, Engeland. Op 1 april begint hij als universitair docent aan het Instituut Biologie Leiden. ‘Mijn expertise past precies in het onderzoeksprogramma van het instituut, dus ik ga mijn werk aan plantenafweer in Leiden voortzetten. Het artikel in Nature behelst een vrij eenvoudige boodschap, maar opent de weg voor vele nieuwe vragen, uitdagingen en kansen voor vervolgonderzoek.’
Publicatie
Ngou, B.P.M., H-K. Ahn, P. Ding & J.D.G. Jones, 2021. Mutual potentiation of plant immunity by cell-surface and intracellular receptors. Nature, online op 10 maart.
Tekst: Willy van Strien