Metabolomic Profile and Feeding Preference of Diatraea Saccharalis in Sugarcane Co-inoculated With a Diazotrophic Consortium
Co-inoculatie van suikerriet met een diazotroof bacterieel consortium (Gluconacetobacter diazotrophicus en Azospirillum sp.) verandert het metabole profiel van de plant door de niveaus van stress-gerelateerde oplosbare metabolieten te verhogen, wat vervolgens de voorkeur voor consumptie en de gewichtstoename van de plaag Diatraea saccharalis vermindert in vergelijking met niet-geinoculeerde planten.
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
In de uitgestrekte velden van Brazilië is suikerriet meer dan alleen een gewas; het is een hoeksteen van de nationale economie, verbouwd in meer dan honderd landen wereldwijd. Toch wordt het, net als veel planten, voortdurend bedreigd door de natuur, met name door de suikerrietboorder, een mot waarvan de rupsen zich in de stengels graven en enorme financiële verliezen veroorzaken. Decennialang hebben boeren vertrouwd op chemische pesticiden om deze plagen te bestrijden, maar een groeiende hoeveelheid wetenschappelijke kennis suggereert dat planten hun eigen interne verdedigingssystemen bezitten, die kunnen worden versterkt door het microscopische leven dat in hen leeft. Dit onderzoeksveld verkent hoe gunstige bacteriën, bekend als plantengroei-bevorderende rhizobacteriën, de wortels en stengels van een plant kunnen koloniseren. Deze minuscule organismen helpen de plant niet alleen bij de opname van voedingsstoffen; ze kunnen ook de interne chemie van de plant herprogrammeren, waardoor deze in feite wordt getraind om resistenter te zijn tegen ziekten en hongerige insecten. De vraag die onderzoekers zich al lang stellen, is of deze microscopische bondgenoten de smaak of geur van de plant kunnen veranderen op een manier die de plant minder aantrekkelijk maakt voor plagen, zonder de groei van de plant te schaden.
Een team wetenschappers uit Brazilië zette zich in om deze vraag te beantwoorden door te onderzoeken wat er gebeurt wanneer suikerriet wordt behandeld met een specifieke samenwerking van twee gunstige bacteriën: Gluconacetobacter diazotrophicus en Azospirillum sp. Deze bacteriën zijn natuurlijke bewoners van suikerriet en staan bekend om hun vermogen om stikstof uit de lucht op te vangen en om te zetten in een vorm die de plant kan gebruiken. De onderzoekers wilden zien of het introduceren van deze bacteriën samen de chemische samenstelling van de suikerrietbladeren zou veranderen en, cruciaal, of die veranderingen de suikerrietboorderrups zouden afschrikken. Hiervoor kweekten ze suikerrietplanten in een gecontroleerde omgeving, waarbij sommige planten met het bacteriële mengsel werden behandeld en andere als controlegroep onbehandeld bleven. Vervolgens onderwierpen ze de planten aan een reeks tests, waaronder het voeren van de rupsen om te zien wat zij de voorkeur gaven, en het analyseren van de chemische soep binnen de bladeren om precies te begrijpen wat er was veranderd.
De resultaten onthulden een fascinerende verschuiving in de interne wereld van de plant. Wanneer de wetenschappers de oplosbare verbindingen in de bladeren analyseerden met behulp van een techniek die werkt als een moleculaire vingerafdruk, ontdekten ze dat de behandelde planten chemisch verschillend waren van de onbehandelde planten. De bacteriën hadden een metabole reorganisatie getriggerd. In de behandelde planten daalden de niveaus van bepaalde stressgerelateerde chemicaliën, zoals proline en specifieke organische zuren, aanzienlijk. Tegelijkertijd accumuleerden de planten hogere niveaus van sucrose, een aminozuur genaamd alanine, en een krachtige antioxidant genaamd galluszuur. Dit suggereert dat de bacteriën de plant hielpen haar energie efficiënter te beheren, waardoor de noodzaak voor stressverbindingen afnam terwijl de productie van stoffen die als een verdedigingsschild kunnen dienen, werd geboost. De aanwezigheid van galluszuur is bijzonder opmerkelijk, aangezien deze verbinding bekend staat om het helpen van planten bij het bestrijden van biotische stress, waarbij het fungeert als een natuurlijke barrière tegen aanvallers.
Om te zien hoe deze chemische veranderingen de plagen beïnvloedden, voerden de onderzoekers voedingsproeven uit. In één test gaven ze de rupsen de keuze tussen de behandelde suikerrietplant en de onbehandelde variant. De insecten toonden een duidelijke voorkeur en kozen aanzienlijk vaker voor de onbehandelde planten dan voor de planten die met de bacteriën waren behandeld. Dit geeft aan dat de bacteriën de chemische signalen van de plant hadden veranderd, waardoor de behandelde suikerriet minder aantrekkelijk werd voor de hongerige rupsen. Het verhaal eindigde echter niet bij alleen voorkeur alleen. In een tweede test, waarbij de rupsen gedwongen werden om slechts één type plant te eten, waren hun groeisnelheden identiek, ongeacht of de plant behandeld was of niet. Deze bevinding is cruciaal: het bewijst dat de bacteriën de plant niet giftig of voedingsarm hadden gemaakt. De rupsen konden net zo goed groeien op de behandelde planten als ze geen andere optie hadden, maar ze wilden de plant simpelweg niet eten wanneer ze een keuze hadden.
Dit onderscheid tussen voorkeur en prestatie benadrukt een geavanceerde vorm van plantverdediging. De bacteriën vergiftigden het insect niet; in plaats daarvan veranderden ze het profiel van de plant op een manier die de plaag afstootte. De studie suggereert dat de gunstige bacteriën fungeren als een soort biologische primer, die de plant voorbereidt om minder uitnodigend te zijn voor herbivoren door de metabole middelen te verschuiven. De toename van galluszuur en de afname van stressmarkers wijzen naar een plant die niet worstelt, maar zich in een staat van geoptimaliseerde paraatheid bevindt. Hoewel de studie in een gecontroleerde setting met een enkele variëteit suikerriet werd uitgevoerd, bieden de bevindingen een veelbelovend uitzicht op duurzame landbouw. Door gebruik te maken van deze natuurlijke bacteriële partnerschappen, kunnen boeren hun afhankelijkheid van chemische pesticiden verminderen en hun gewassen beschermen via de eigen verbeterde chemie van de plant in plaats van via externe sprays. Het onderzoek bevestigt dat de microscopische wereld binnen de plant een diepgaand, tastbaar effect kan hebben op de macroscopische wereld van plagen en oogsten.
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.