Rhizobacterial volatile organic compounds from perennial wheat and their potential to suppress phytopathogenic fungi
Deze studie toont aan dat rhizobacteriële stammen geïsoleerd uit meerjarige tarwe fytopathogene schimmels, in het bijzonder *Aspergillus flavus*, kunnen onderdrukken door de afgifte van vluchtige organische verbindingen, waarbij dimethyldisulfide en dimethyltrisulfide als de belangrijkste remmende agentia zijn geïdentificeerd.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Eeuwenlang hebben boeren een stille oorlog gevoerd tegen schimmelziekten die graan op het land laten rotten en in de opslag bederven. Deze microscopische indringers, zoals de schimmels die fusarium- en aspergillusinfecties veroorzaken, kunnen oogsten verwoesten en de voedselzekerheid bedreigen. Terwijl het wereldwijde klimaat verandert, wordt verwacht dat deze dreigingen onvoorspelbaarder worden, waardoor wetenschappers gedwongen worden om verder te kijken dan traditionele chemische sprays voor oplossingen. Een veelbelovende weg ligt in de bodem zelf, specifiek in de onzichtbare chemische gesprekken tussen plantenwortels en de bacteriën die daar leven. Bepaalde gunstige bacteriën, bekend als plantengroei-bevorderende rhizobacteriën, doen meer dan alleen planten helpen bij de opname van voedingsstoffen; ze laten ook een wolk van onzichtbare gassen vrij, genaand vluchtige organische verbindingen. Deze gassen kunnen door de lucht reizen en fungeren als natuurlijke wapens, die de groei van schadelijke schimmels onderdrukken zonder de noodzaak van giftige chemicaliën.
Onderzoekers aan de Universiteit van Parma in Italië besloten dit natuurlijke verdedigingssysteem te onderzoeken met een uniek type gewas: meerjarige tarwe. In tegenstelling tot de tarwe die we gewoon eten, die één keer per jaar wordt geoogst en opnieuw wordt geplant, leeft meerjarige tarwe vele jaren en ontwikkelt het diepe en complexe wortelstelsels die rijke gemeenschappen van bodembacteriën bevorderen. Het team richtte zich op een specifieke lijn van dit gewas, bekend als OK72, die eerder een dynamisch en actief ondergronds ecosysteem had getoond. Ze isoleerden tien verschillende stammen van bacteriën uit de wortels van deze tarwe en wilden zien of de gassen die deze bacteriën uitstootten, de groei van drie gevaarlijke schimmelsoorten konden stoppen: Aspergillus flavus, Fusarium proliferatum en Fusarium verticillioides. Om er zeker van te zijn dat ze alleen het effect van gassen maten en niet van direct contact of vloeibare chemicaliën, plaatsten de wetenschappers de bacteriën en de schimmels in aparte schalen, waarbij ze deze samen verzegelden zodat alleen de lucht tussen hen kon passeren.
De resultaten toonden aan dat de bacteriële gassen inderdaad effectief waren, hoewel hun kracht varieerde afhankelijk van de specifieke bacterie en de specifieke schimmel. In de afgesloten omgeving vertraagden de bacteriële emissies de schimmelgroei met ergens tussen de nul en bijna drieënveertig procent. Sommige bacteriestammen fungeerden als specialisten, die met hoge precisie één type schimmel aanpakten, terwijl anderen zich als generalisten gedroegen, door brede bescherming te bieden tegen alle drie de soorten. Deze variatie suggereert dat de natuur al een divers instrumentarium van biologische agentia heeft geleverd, elk met zijn eigen unieke strategie voor verdediging. De onderzoekers richtten hun aandacht vervolgens op het identificeren van de exacte gassen die verantwoordelijk waren voor deze inhibitie. Met behulp van gevoelige apparatuur om de chemische handtekeningen in de lucht op te snuiven, detecteerden zij zesenveertig verschillende vluchtige verbindingen in de diverse experimenten.
De analyse onthulde een duidelijk patroon dat specifieke chemicaliën koppelde aan het succes van de verdediging. Hoewel de totale hoeveelheid geproduceerd gas niet perfect voorspelde hoe goed een schimmel zou worden gestopt, deed de aanwezigheid van bepaalde zwavelhoudende verbindingen dat wel. Specifiek twee gassen, dim methyl disulfide en dimethyl trisulfide, kwamen consistent in de lucht voor wanneer de bacteriën de groei van Aspergillus flavus succesvol onderdrukten. Deze zwavelverbindingen waren afwezig wanneer de bacteriën er niet in slaagden de schimmel te remmen. Dit bevinding wijst op een specifiek chemisch mechanisme waarbij deze zwavelgassen waarschijnlijk de celwanden van de schimmel beschadigen of hun interne balans verstoren, waardoor de groei effectief wordt gestopt. Interessant genoeg vond de studie ook dat een andere verbinding, acetoin, de neiging had om op te treden wanneer de bacteriën er niet in slaagden de schimmel te stoppen, wat suggereert dat het een teken kan zijn van een strijd die de bacteriën aan het verliezen zijn in plaats van aan het winnen.
De studie vond geen enkele "magic bullet" gas die in elke situatie werkte. In plaats daarvan suggereert het bewijs dat de bacteriën een complex mengsel van chemicaliën afgeven, en dat de effectiviteit van deze mix afhangt van de specifieke combinatie van bacteriën en schimmels. Hoewel de zwavelverbindingen eruit sprongen als sleutelspelers tegen één belangrijke pathogeen, zijn andere gassen die in de mix werden gedetecteerd, zoals bepaalde alcoholen en ketonen, uit andere studies bekend om hun antifungale eigenschappen. De onderzoekers concludeerden dat de waargenomen bescherming waarschijnlijk voortkomt uit de gecombineerde werking van verschillende verschillende gassen die samenwerken, in plaats van één enkele dominante chemische stof. Dit werk benadrukt het potentieel van de wortelbacteriën van meerjarige tarwe als een bron van natuurlijke biologische bestrijdingsmiddelen, wat een duurzame manier biedt om gewassen tegen schimmelziekten te beschermen door gebruik te maken van de chemische taal van de bodem.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.