First report of Fusarium nygamai causing pigeon pea wilt across Uttar Pradesh

Op de velden van Uttar Pradesh, India, speelt zich een stille strijd af tussen een essentieel voedselgewas en een onzichtbare vijand. Het gewas is de plavijntje (pigeonpea), een hardnekkige peulvrucht die dient als een cruciale bron van eiwitten en voedingsstoffen voor miljoenen mensen in heel Azië en Afrika. Het is een veerkrachtige plant, maar het wordt bedreigd door een verwoestende ziekte die bekend staat als verwelking. Deze conditie wordt veroorzaakt door schimmels die in de bodem leven en de interne leidingen van de plant binnendringen. Eenmaal binnen verstoppen deze microscopische indringers de waterleidende buizen, waardoor de bladeren geel worden, de stengels donkerder worden en de hele plant instort. Decennialang hebben boeren en wetenschappers geweten dat een specifieke schimmel, lang geïdentificeerd als Fusarium udum, de primaire schuldige is achter deze verliezen. Echter, het volledige verhaal van wat er ondergronds gebeurt, is incompleet gebleven, waardoor telers zonder een volledig beeld van de dreiging staan waarmee zij te maken hebben.

Een team van onderzoekers van universiteiten en onderzoeksinstituten uit heel India trok uit om de ware identiteit van de schimmels te ontdekken die de plavijntjesgewassen in Uttar Pradesh aanvallen. Zij reisden naar zestien verschillende districten en verzamelden monsters van zieke planten die de klassieke tekenen van verwelking vertoonden. In hun laboratoria extraheerden zij zorgvuldig de schimmels uit de wortels en stengels van deze stervende planten. Uit de bodem en het geïnfecteerde weefsel isoleerden zij drieënnegentig verschillende stammen van de schimmel. Om te begrijpen welke hiervan het gevaarlijkst waren, keken de wetenschappers naar de instrumenten die de schimmels gebruiken om de plant af te breken. Zij maten de activiteit van twee specifieke enzymen, die fungeren als moleculaire scharen die door de taaie celwanden van de plant snijden om de schimmel toe te laten en te laten voeden. Zij ontdekten dat hoewel er veel stammen aanwezig waren, slechts vijf een bijzonder hoog vermogen vertoonden om deze destructieve enzymen te produceren.

De onderzoekers onderwierpen deze vijf agressieve stammen vervolgens aan een test. Zij kweekten plavijntjeszaden in gecontroleerde omgevingen, waarvan sommige bekend stonden als resistent tegen ziekten en andere als zeer gevoelig. Wanneer zij de schimmels introduceerden, waren de resultaten onomstotelijk. Eén stam, die het team Rj noemde, bleek de meest destructieve te zijn, met de hoogste infectiegraad en de meest ernstige verwelking in zowel de resistente als de gevoelige planten. Om exact te identificeren wat deze dodelijke stam was, maakten de wetenschappers gebruik van genetische analyse. Zij onderzochten het DNA van de schimmels en vergeleken specifieke genetische sequenties met een wereldwijde database. De resultaten onthulden een verrassende ontdekking: de meest virulente stam, Rj, was niet de verwachte Fusarium udum. In plaats daarvan behoorde het tot een soort genaamd Fusarium nygamai. Dit was de eerste keer dat deze specifieke schimmel ooit werd geïdentificeerd als een oorzaak van verwelking bij plavijntjes. Hoewel Fusarium udum nog steeds aanwezig en schadelijk was, kwam Fusarium nygamai naar voren als een nieuwe en krachtige dreiging, in staat om de hoogste ziekte-ernstindex aan te nemen onder de geteste stammen.

De studie ging verder om te zien wat er gebeurt wanneer deze twee verschillende schimmels tegelijkertijd een plant aanvallen. De onderzoekers inoculeerden plavijntjesplanten met Fusarium udum alleen, Fusarium nygamai alleen, en een combinatie van beide. De planten die geïnfecteerd waren met de combinatie van de twee schimmels leden het slechtste lot. De ziekte verspreidde zich sneller en de planten verwelkten ernstiger dan wanneer de schimmels alleen zouden optreden. Dit suggereert dat de twee pathogenen samenwerken om de ziekte veel erger te maken, een fenomeen dat bekend staat als een synergetisch effect. Binnen de geïnfecteerde planten observeerden de wetenschappers de fysieke schade veroorzaakt door deze aanval. De interne weefsels van de stengels werden bruin en stortten in, en de waterleidende vaten werden geblokkeerd door schimmeldraden. Deze blokkade voorkwam dat water de bladeren bereikte, wat leidde tot de snelle dood van de plant.

De impact van deze infectie was ook zichtbaar in de chemie van de plant. De geïnfecteerde planten vertoonden een scherpe daling van chlorofyl, het groene pigment dat essentieel is voor het maken van voedsel, waardoor de bladeren bleek werden en stierven. Tegelijkertijd produceerden de planten hogere niveaus van proline, een verbinding die zij genereren als reactie op stress, en verhoogde niveaus van schadelijke moleculen genaamd reactieve zuurstofverbindingen, die cellulaire schade aangeven. De resistente variëteiten van de plavijntje toonden enige capaciteit om terug te vechten, maar zelfs zij leden onder aanzienlijke groeireducties in hoogte, wortellengte en zaadproductie wanneer zij werden aangevallen door deze schimmels. De bevindingen bevestigen dat het landschap van de plavijntjesziekte complexer is dan voorheen gedacht. Het is niet slechts één schimmel die het probleem veroorzaakt, maar een mix van soorten, waaronder de nieuw geïdentificeerde Fusarium nygamai, die alleen of in combinatie met anderen kan optreden om gewassen te verwoesten. Deze ontdekking biedt boeren en wetenschappers een duidelijker begrip van de vijand, wat een noodzakelijke basis biedt voor het ontwikkelen van betere strategieën om deze essentiële voedselbron te beschermen.