Bioprospecting and characterization of Trichoderma and Bacillus species as biocontrol agents against Macrophomina phaseolina in maize

In de verborgen wereld onder de grond speelt zich elke dag een stille strijd om overleving af. Planten vertrouwen op een complex netwerk van microscopische bondgenoten en vijanden om te gedijen. Sommige van deze microscopische organismen zijn nuttig, waarbij ze wortels beschermen tegen ziekten of hen helpen voedingsstoffen op te nemen, terwijl andere destructieve pathogenen zijn die hele oogsten kunnen wegvagen. Een dergelijke destructieve kracht is een schimmel die in de aarde leeft en de wortels van maïs aanvalt, wat een ziekte veroorzaakt die bekend staat als houtskoolrot. Deze schimmel is bijzonder moeilijk te beheersen omdat hij kleine, duurzame overlevingsstructuren produceert waarmee hij jarenlang in de bodem kan voortbestaan, en er zijn momenteel geen sterke chemische behandelingen of resistente plantvariëteiten die het betrouwbaar kunnen stoppen. Wanneer deze schimmel zich nestelt, berooft hij de plant van water en voedingsstoffen, wat leidt tot aanzienlijke verliezen in de voedselproductie. Een manier vinden om deze schimmel te stoppen zonder te vertrouwen op harde chemicaliën is een cruciaal doel voor zowel boeren als wetenschappers.

Om dit probleem aan te pakken, richtten onderzoekers hun aandacht op de eigen verdedigingssystemen van de natuur, op zoek naar microscopische organismen die de schimmel op zijn eigen voorwaarden konden bestrijden. Ze begonnen met het verzamelen van een grote collectie van drieëndertig verschillende bacteriële en schimmelmonsters uit de omgeving. Deze monsters werden in het laboratorium onderwor Eng een rigoureuze screeningsprocedure om te zien welke er de groei van de houtskoolrot-schimmel effectief konden stoppen. De wetenschappers zochten naar specifieke eigenschappen: het vermogen om de schimmel direct aan te vallen, de capaciteit om chemische signalen af te geven die de groei ervan remmen, en het potentieel om de maïsplanten sterker te laten groeien. Uit deze initiële groep kwamen vier specifieke kandidaten naar voren die het meest veelbelovend waren: twee soorten van een nuttige schimmel genaamd Trichoderma en twee soorten nuttige bacteriën genaamd Bacillus.

De onderzoekers onderzochten vervolgens precies hoe deze vier kandidaten werkten tegen de houtskoolrot-schimmel. Ze ontdekten dat de twee Trichoderma-soorten fungeerden als agressieve concurrenten. Ze wikkelden zich fysiek om de schadelijke schimmel heen, consumeerden deze en namen alle beschikbare ruimte en voedingsstoffen in beslag, zodat de indringer niet kon overleven. Ze gaven ook chemische verbindingen af, zowel stoffen die op één plek blijven als stoffen die door de lucht zweven, wat de schimmel verder onderdrukte. De Bacillus-bacteriën hanteerden een iets andere aanpak, waarbij ze zwaar vertrouwden op de afgifte van krachtige chemische verbindingen die via de lucht en de bodem reisden om de groei van het pathogeen te remmen. In elk geval waren deze nuttige organismen in staat om de verspreiding van de houtskoolrot-schimmel in gecontroleerde tests aanzienlijk te vertragen of te stoppen.

Naast het simpelweg bestrijden van de vijand, keken de studie ook naar hoe deze nuttige organismen de maïsplanten zelf beïnvloedden. Wanneer de onderzoekers deze vier kandidaten op gezonde maïszaailingen toepasten, observeerden ze een duidelijke stimulans in de groei. Alle vier de organismen hielpen de planten bij het ontwikkelen van grotere wortelstelsels, die essentieel zijn voor het verankeren van de plant en het verzamelen van water. Twee van de kandidaten, één uit de Trichoderma-groep en één uit de Bacillus-groep, hielpen de planten ook om boven de grond hoger en robuuster te groeien. Dit suggereert dat deze organismen meer doen dan alleen de plant te beschermen; ze helpen de plant actief om sterker en vitaler te worden.

Het laatste puzzelstukje betrof het begrijpen van hoe deze organismen de planten hielpen zichzelf van binnenuit te verdedigen. De onderzoekers maten de activiteit van specifieke enzymen binnen de plantencellen die fungeren als onderdeel van het immuunsysteem van de plant. Ze ontdekten dat de behandeling van de planten met deze nuttige organismen een biochemische reactie triggerde. Sommige behandelingen verhoogden de activiteit van enzymen die cellen beschermen tegen stress, terwijl andere enzymen stimuleerden die de plant helpen natuurlijke defensieve verbindingen te produceren. Dit geeft aan dat de nuttige organismen niet alleen als een schild fungeren, maar de plant ook leren om alerter te zijn en klaar te zijn om de ziekte op eigen kracht te bestrijden.

De studie concludeert dat het succes van deze vier specifieke organismen ligt in een combinatie van strategieën. Ze werken door de schadelijke schimmel direct aan te vallen, door de plant groter en gezonder te laten groeien, en door de interne verdedigingsmechanismen van de plant te versterken. Deze meerlagige aanpak biedt een veelbelovend pad voorwaarts voor het beheer van houtskoolrot in maïs, waarbij een natuurlijk alternatief wordt geboden voor chemische behandelingen. Hoewel het onderzoek in een gecontroleerde omgeving werd uitgevoerd, suggereren de bevindingen dat deze specifieke stammen van Trichoderma en Bacillus een vitale rol kunnen spelen bij het beschermen van gewassen, door de bodem zelf te veranderen in een bron van bescherming in plaats van een bron van ziekte.