The microbial community living within the rust fungus Uromyces hawksworthii assessed through metagenome analysis

Roestschimmels behoren tot de meest succesvolle plantpathogenen op aarde en infecteren zowel gewassen als wilde planten met een complexe levenscyclus die vaak twee verschillende gastheerplanten vereist om voltooid te worden. Deze schimmels produceren verschillende soorten sporen in verschillende stadia van hun ontwikkeling, waaronder aeciosporen en teliosporen, die dienen als voertuig voor de verspreiding van de ziekte. Al decennia weten wetenschappers dat deze sporen niet steriel zijn; ze herbergen vaak een verborgen gemeenschap van andere micro-organismen, waaronder bacteriën en schimmels, die op of in hen leven. Sommige van deze buren zijn hyperparasieten, organismen die zich voeden met de roestschimmel zelf. Het begrijpen van wie er precies in deze sporen leeft en hoe hun gemeenschappen veranderen naarmate de roestschimmel rijpt, zou nieuwe manieren kunnen onthullen om deze destructieve plantenziekten te beheersen, potentieel door de natuurlijke vijanden van de roest het werk van de bestrijding te laten doen.

In een recente studie gingen onderzoekers aan de slag om deze onzichtbare wereld binnen de roestschimmel Uromyces hawksworthii in kaart te brengen, een soort die planten uit de mistelfamilie infecteert. Het team richtte zich op twee specifieke stadia van de roest: het aecium, dat aeciosporen produceert, en het telium, dat teliosporen produceert. Hoewel deze twee stadia eerder alleen werden onderscheiden door hun uiterlijk onder een microscoop, vermoedden de onderzoekers dat de microbiële gemeenschappen die in hen leven fundamenteel verschillend zouden kunnen zijn. Om dit te ontdekken, verzamelden ze sporen van geïnfecteerde bladeren in Brazilië en gebruikten ze een krachtige genetische sequencing-techniek om het DNA van elke aanwezige bacterie en schimmel in de monsters te lezen. Deze aanpak stelde hen in staat om de specifieke typen microben te identificeren zonder dat ze in een laboratorium gekweekt hoefden te worden, wat een uitgebreide telling van de microbiële bewoners opleverde.

De analyse onthulde dat hoewel sommige groepen bacteriën en schimmels algemeen voorkwamen in beide stadia van de roestschimmel, de algehele samenstelling van deze gemeenschappen drastisch veranderde naarmate de roest rijpte. In het eerdere aecium-stadium werd de bacteriële gemeenschap gedomineerd door twee belangrijke groepen, Proteobacteria en Actinobacteria, en vertoonde het een hogere variëteit aan verschillende bacterietypen. Echter, naarmate de roest vorderde naar het telium-stadium, verschoof het bacteriële landschap, waarbij Firmicutes en Cyanobacteria veel prominenter werden. De aanwezige schimmels vertoonden een vergelijkbaar patroon van verandering. Hoewel bepaalde klassen schimmels in beide stadia aanwezig waren, huisveste de telium-fase een aanzienlijk hoger aantal verschillende schimmeltypen, waaronder groepen zoals Exobasidiomycetes en Pucciniomycetes, die veel minder voorkomend waren in de eerdere aecium-fase.

Deze bevindingen suggereren dat de microbiële gemeenschap binnen een roestspore niet statisch is, maar evolueert samen met de schimmel zelf. De onderzoekers ontdekten dat de verschillen in deze microbiële populaties zo uitgesproken waren dat ze gebruikt konden worden om het aecium en het telium van elkaar te onderscheiden, zelfs wanneer er alleen naar de genetische gegevens werd gekeken. Dit onderscheid is cruciaal omdat het impliceert dat de omgeving binnen de spore verandert op manieren die verschillende soorten hyperparasieten op verschillende momenten bevoordelen. Bijvoorbeeld, de hogere diversiteit aan bacteriën in de aecium-fase en de hogere diversiteit aan schimmels in de telium-fase kunnen erop wijzen dat deze stadia gevoeliger zijn voor infectie door specifieke microben op die tijdstippen, of dat ze rijkere hulpbronnen voor hen bieden. Door deze specifieke microbiële verschuivingen te begrijpen, kunnen wetenschappers uiteindelijk identificeren welke natuurlijke vijanden het meest effectief zijn bij het aanvallen van roestschimmels op specifieke punten in hun levenscyclus, wat een meer gerichte aanpak voor biologische bestrijding biedt.

De studie bevestigde ook dat de fysieke structuren van de sporen, zoals hun kiemopeningen en beschermende wanden, een rol spelen bij de assemblage van deze gemeenschappen. De onderzoekers merkten op dat hyperparasitaire schimmels vaak via deze specifieke openingen binnendringen, en dat de veranderende aard van de sporewand en de chemische inhoud ervan naarmate de roest zich ontwikkelt, waarschijnlijk beïnvloedt welke microben kunnen overleven en gedijen. Hoewel het artikel niet beweert het probleem van roestziekten te hebben opgelost, biedt het een helder, op gegevens gebaseerd beeld van hoe de microbiële wereld binnen deze sporen is gestructureerd. De resultaten geven aan dat de aecium- en teliumfasen niet alleen morfologisch verschillend zijn, maar ook ecologisch onderscheidende omgevingen vormen, die elk een unieke gemeenschap van bacteriën en schimmels ondersteunen die ingezet kan worden om gewassen en natuurlijke ecosystemen te beschermen tegen deze hardnekkige pathogenen.