Identification of Mancozeb-Tolerant and Phosphate-Solubilizing Fungal Bioagents for the Management of Fusarium Wilt of Chilli

In de stille strijd tussen gewassen en de onzichtbare vijanden die in de bodem leven, worden boeren vaak geconfronteerd met een moeilijke keuze. Aan de ene kant is er de chemische spray, een krachtig middel dat ziekte kan doden, maar dat ook residu achterlaat in het milieu en uiteindelijk zijn werking kan verliezen wanneer de plagen ertegen resistent worden. Aan de andere kant is er het biologische agens, een levend microorganisme dat ziekte op natuurlijke wijze bestrijdt, maar dat vaak te kwetsbaar is om te overleven wanneer het wordt gemengd met diezelfde chemische sprays. Lange tijd leken deze twee benaderingen met elkaar in strijd te zijn, waardoor telers gedwongen werden om voor de een of de ander te kiezen. Het doel van de moderne landbouw is om een manier te vinden om beide samen te gebruiken, door een partnerschap te creëren waarbij de chemie het plantje in het begin beschermt, en het levende agens het overneemt om langdurige verdediging te bieden. Deze balans is bijzonder cruciaal voor gewassen zoals chili, die essentieel zijn voor voedselzekerheid en wereldwijde handel, maar die regelmatig worden gedecimeerd door een bodemgebonden ziekte die de plant vanaf de wortels af laat rotten.

In de Kasjmierse Vallei van India zetten onderzoekers zich in om dit specifieke puzzelstukje voor chili-boeren op te lossen. Ze richtten zich op een destructieve ziekte bekend als Fusarium-verwelking, veroorzaakt door een schimmel genaamd Fusarium solani. Dit pathogeen dringt het vaatstelsel van de plant binnen, blokkeert water en voedingsstoffen, wat ervoor zorgt dat de bladeren geel worden, krullen en uiteindelijk de hele plant doden. De ziekte is zo ernstig dat het tot tachtig procent van een oogst kan wegvagen. Om dit te bestrijden, hebben boeren traditioneel vertrouwd op een chemisch fungicide genaamd mancozeb. Het gebruik van alleen chemicaliën is echter geen perfecte oplossing; het kan de bodem en het milieu schaden, en de schimmel kan uiteindelijk resistentie ontwikkelen. De onderzoekers wilden een levende bondgenoot vinden, een nuttige schimmel die de mancozeb-spray zou kunnen overleven en de chiliplanten zou kunnen blijven beschermen. Ze hadden een bio-agens nodig die robuust genoeg was om de mancozeb te tolereren, sterk genoeg om de ziekte te bestrijden, en behulpzaam genoeg om de groei van de plant te bevorderen.

Het team begon met het onderzoeken van de bodem zelf. Ze namen monsters van verschillende locaties door de hele vallei, inclusief bossen en landbouwgronden, en behandelden kleine stukjes van deze bodem met een hoge concentratie mancozeb. Dit was een bewuste test om te zien welk microscopisch leven zou overleven in een dergelijke harde chemische omgeving. Uit deze behandelde stukken isoleerden ze honderd vier verschillende schimmelstammen. Vervolgens onderwierpen ze deze stammen aan een reeks strenge tests. Eerst controleerden ze welke van de schimmels konden groeien op een medium dat de chemische fungicide bevat. De meeste schimmels hadden moeite, maar twee specifieke stammen onderscheidden zich. De één, genaamd WG-4, groeide tot een diameter van vijfendertig millimeter op het vergiftigde voedsel, en een andere, genaamd SHO-13, groeide tot drieëndertig millimeter. Dit waren de twee meest veerkrachtige, waarmee bewezen werd dat zij konden coëxisteren met de chemische behandeling.

Vervolgens testten de onderzoekers deze overlevers tegen de vijand. Ze plaatsten de nuttige schimmels op een plaat naast de ziekteverwekkende Fusarium solani om te zien of ze de groei ervan konden stoppen. De resultaten waren opmerkelijk. De stam WG-4 remde de verspreiding van de ziekteverwekkende schimmel met bijna tachtig vijf procent, terwijl de stam SHO-13 een vergelijkbaar niveau van onderdrukking bereikte. Maar de onderzoekers zochten naar meer dan alleen een strijder; ze zochten een helper. Ze testten of deze schimmels fosfaat konden oplossen, een voedingsstof die vastzit in de bodem waar planten voor hun groei behoefte aan hebben maar die ze niet zelfstandig kunnen bereiken. Beide topscorers vertoonden een sterk vermogen om deze voedingsstof vrij te maken, waardoor ze zowel potentiële bio-meststoffen als ziektebestrijders werden.

Om precies te begrijpen wat ze hadden gevonden, onderzochten het team de twee beste stammen onder een microscoop en analyseerden ze hun genetische code. De stam WG-4 werd geïdentificeerd als een soort Penicillium, een type schimmel dat bekend staat om zijn antibiotische eigenschappen. De ster van de show, SHO-13, werd geïdentificeerd als Trichoderma virens. Dit is een bekende nuttige schimmel die andere schimmels aanvalt door zich om hun draden te wikkelen en enzymen uit te scheiden die hen afbreken. De onderzoekers observeerden dit gedrag direct, waarbij ze zagen hoe de nuttige schimmel zich rond de ziekteverwekkende schimmel wikkelde en zich eraan hechtte, om de indringer effectief te parasiteren en te doden.

De laatste test vond plaats in de echte wereld, in polybags gevuld met aarde en jonge chiliplantjes. De onderzoekers zetten een experiment op met zes verschillende groepen. Sommige plantjes werden alleen behandeld met de chemische fungicide, sommige alleen met de nuttige schimmels, sommige met beide, en sommige helemaal niet. De resultaten bevestigden dat de combinatie superieur was. De plantjes die behandeld werden met de Trichoderma virens-stam SHO-13 in combinatie met de mancozeb-fungicide vertoonden de beste resultaten. In deze groep ontwikkelden slechts vijf en een half procent van de planten de verwelkingsziekte, een enorme verbetering vergeleken met de onbehandelde controlegroep, waarbij drieentachtig procent van de planten ziek werd.

De voordelen strekten zich uit voorbij alleen ziektebestrijding. De planten die behandeld werden met de combinatie van de nuttige schimmel en de chemie groeiden hoger, met een gemiddelde hoogte van zesent zestig centimeter, vergeleken met vijfentachtig centimeter voor de onbehandelde planten. Ze produceerden ook meer vruchten, met een gemiddelde van zeven vruchten per plant, en de vruchten waren zwaarder. Het totale gewicht van de vrucht en de algehele massa van de plant waren significant hoger in de groep met de gecombineerde behandeling dan in de groepen die alleen met de chemie of alleen met de schimmel werden behandeld. Dit suggereert dat de nuttige schimmel niet alleen de ziekte stopte, maar de plant ook actief hielp om voedingsstoffen op te nemen en sterker te groeien.

De studie concludeert dat de sleutel tot het beheersen van deze verwoestende ziekte ligt in integratie. Door een specifieke stam van Trichoderma virens te selecteren die van nature resistent is tegen de chemische fungicide, kunnen boeren beide middelen gelijktijdig gebruiken. De chemie biedt een onmiddellijk schild tegen de initiële infectie, terwijl de levende schimmel zich in de bodem vestigt en de ziekte blijft bestrijden en de plant voedt lang nadat de chemie is vervaagd. Deze aanpak biedt een pad naar duurzame landbouw, waardoor de noodzaak voor zwaar chemisch gebruik wordt verminderd terwijl het gewas wordt beschermd en de opbrengst wordt verbeterd. De onderzoekers hebben de specifieke genetische sequentie van deze krachtige stam geïdentificeerd en beschikbaar gesteld aan de wetenschappelijke gemeenschap, wat de weg vrijmaakt voor het potentieel als commercieel product om chili-gewassen te beschermen, niet alleen in Kasjmier, maar potentieel ook in andere regio's die met soortgelijke bodemgebonden bedreigingen te maken hebben.