Globisporangium concavum sp. nov. and three oomycete species causing rhizome rot of lotus (Nelumbo nucifera) in Japan

In de stille, vochtige hoeken van de Japanse rijstvelden gedijt een meerjarige waterplant die bekend staat als lotus, waarvan de dikke, eetbare wortels worden geoogst voor consumptie. Deze wortels, ook wel rhizomen genoemd, zijn een basisproduct in supermarkten en worden vaak vers verkocht en bewaard onder koele omstandigheden om hun knapperige textuur te behouden. Echter, net als veel geoogste gewassen, zijn ze kwetsbaar voor onzichtbare indringers. Tussen de meest voorkomende hiervan behoren waterschimmels, een groep organismen die lijken op en zich gedragen als schimmels, maar tot een andere biologische familie behoren. Terwijl echte schimmels celwanden hebben gemaakt van chitine, bouwen waterschimmels de hunne van cellulose, hetzelfde taaie materiaal dat in plantencelwanden wordt gevonden. Deze microscopische organismen staan erom bekend rot in gewassen te veroorzaken, vooral in natte omgevingen, en ze kunnen toeslaan zelfs nadat een plant is opgegraven en in opslag is geplaatst. Het begrijpen van precies welke soort een specifiek gewas aanvalt, is essentieel voor boeren en voedselproducenten, aangezien verschillende soorten verschillende beheersstrategieën kunnen vereisen om verlies te voorkomen.

Onderzoekers van de Gifu Universiteit richtten hun aandacht onlangs op lotusrhizomen die begonnen te rotten terwijl ze in gekoelde opslag lagen. Tussen 2014 en 2017 verzamelden zij monsters uit supermarkten waar de wortels een zachte, zwarte rotting hadden ontwikkeld, vergezeld van een pluizige witte groei. Door de organismen die verantwoordelijk waren voor deze rot zorgvuldig te isoleren, identificeerde het team vijf verschillende stammen van waterschimmels. Alle vijf bleken in staat te zijn om ziekte te veroorzaken wanneer ze werden geïntroduceerd in gezond lotusweefsel, maar alleen als het weefsel beschadigd was, zoals door een snede of een punctie. Deze bevinding benadrukt een specifieke kwetsbaarheid: de pathogenen kunnen de intacte huid van de wortel niet gemakkelijk penetreren, maar gedijen zodra de barrière wordt doorbroken, een conditie die vaak voorkomt tijdens de oogst en het hanteren.

Het onderzoek onthulde een mix van bekende en onbekende boosdoeners. Drie van de geïsoleerde stammen werden geïdentificeerd als soorten die al bekend waren in de wetenschap: één was Globisporangium oryzicola, een soort die eerder bekend stond om het infecteren van rijstzaailingen; twee waren Phytopythium helicoides, een schimmel die al gelinkt is aan lotusrot in Japan en China; en één was Pythium dissotocum, een veelvoorkomende bodempathogeen. De ontdekking van deze drie soorten op lotus bevestigt dat de ziekte wordt veroorzaakt door een diverse groep organismen die tussen verschillende gewassen kunnen springen die in vergelijkbare natte omgevingen worden geteeld. De meest significante ontdekking was echter de vierde stam, die niet overeenkwam met enige bekende soort. Dit organisme, aangeduid als stam GK16Ren2, vertegenwoordigde een nieuwe soort waterschimmel, die de onderzoekers Globisporangium concavum noemden.

Om te bevestigen dat dit nieuwe organisme inderdaad uniek was, bestudeerden de wetenschappers de microscopische kenmerken en vergeleken zij de genetische code met die van zijn verwanten. Onder een microscoop produceerde de nieuwe soort bolvormige structuren die zijn voortplantingscellen bevatten, ook wel oösporen genoemd. Wat het onderscheidde, was de vorm van de wand rond deze structuren. Terwijl de meeste verwante soorten gladde wanden hebben, waren de wanden van Globisporangium concavum opvallend ingedeukt of concaaf, wat ze een hol uiterlijk gaf. Daarnaast produceerde deze nieuwe soort een overvloed aan gezwollen, citroenvormige bulten langs zijn draadvormige lichaam, een kenmerk dat zeldzaam was bij zijn dichtstbijzijnde bekende verwant. Genetische analyse van het DNA bevestigde verder dat het een aparte tak bezet in de stamboom van de waterschimmels, los van alle andere bekende soorten.

De onderzoekers testten ook hoe goed deze organismen konden groeien bij verschillende temperaturen om hun gedrag tijdens de opslag te begrijpen. De nieuwe soort, Globisporangium concavum, kon groeien bij temperaturen zo laag als 3 graden Celsius, wat kouder is dan de minimale temperatuur voor zijn verwant Globisporangium oryzicola. Dit vermogen om in de kou te groeien verklaart waarom de rotting verscheen in de gekoelde opslag, waar temperaturen doorgaans laag worden gehouden om de lotuswortels te bewaren. Sterker nog, de ziekte was ernstiger bij deze lage temperaturen dan bij kamertemperatuur, wat suggereert dat de koude opslag, bedoeld om de lotus vers te houden, deze specifieke pathogenen onbedoeld kan bevorderen.

Deze studie vormt de eerste bevestigde rapportage van Globisporangium oryzicola, Globisporangium concavum en Pythium dissotocum als oorzaken van lotusrhizoomrot. De identificatie van een nieuwe soort, Globisporangium concavum, voegt een cruciaal puzzelstukje toe aan de post-harvest ziekten die dit belangrijke gewas treffen. Door de exacte organismen die verantwoordelijk zijn te pinpointen en hun specifieke eigenschappen te begrijpen, zoals hun behoefte aan wonden om te infecteren en hun vermogen om in de kou te groeien, bieden de bevindingen een duidelijker beeld van de biologische uitdagingen waar de lotusproductie voor staat. Het werk onderstreept dat zelfs in gecontroleerde opslagomgevingen een diverse reeks microscopisch leven de voedselzekerheid kan bedreigen, en dat de ontdekking van nieuwe soorten een voortdurend proces blijft in de studie van de plantgezondheid.