Van je familie moet je het hebben…

Toen mijn opa mijn huidige leeftijd had was hij volgens mij met drie dingen bezig; zijn tomaten, zijn piano en zijn gezin. Het zijn ook de grote thema’s van mijn leven op dit moment. Nu vind ik naast tomaten ook paprika’s reuze interessant, en naast piano speel ik ook graag gitaar, bas en ukulele. Maar mijn opa had dan ook zes kinderen, en ik maar eentje. Dat maakt het toch wat makkelijker voor mij om de eerste twee genoemde passies wat uit te breiden.

Mijn opa en ik keken waarschijnlijk wel heel anders naar tomaten. Hij was een tuinder zie je. Ik een fytopatholoog die de tomaten- en paprika veredeling teams van Enza Zaden ondersteunt. Ik droom van dingen waar hij nachtmerries van kreeg. Een dag is een succes als ik lekker veel zieke planten heb gezien. Daar zou hij heel anders over denken. Er zijn natuurlijk genoeg verschillen, maar ook genoeg gelijkenissen. Zo bestaat 25% van al mijn genetische eigenschappen uit genetische eigenschappen van mijn opa. Maar ben jij als mens wel je genen?

Dit is een oud vraagstuk in de psychologie; wat in menselijk gedrag is natuur en was is cultuur. Ofwel, het ‘nurture versus nature’ vraagstuk. Zo is mijn vader de helft van een eeneiige tweeling. En hoewel hij fysiek sprekend lijkt op mijn oom, zijn het toch twee erg verschillende mensen geworden. Die verschillen kunnen dus vooral verklaard worden door externe factoren. Cultuur. Of ‘nurture’, zo je wilt.

In ons vakgebied is het niet anders. Twee tomaten zaadjes kunnen genetisch 100% identiek zijn, maar toch andere tomaten worden in de handen van andere telers. Waar de veredeling fungeert als ‘nature’, daar fungeert de teler als ‘nurture’. Hoe een tomaat er uiteindelijk uit komt te zien is veelal een combinatie van die twee zaken. Het genen pakket is de blauwdruk die wij verzorgen, en de kennis van tuinders zet die blauwdruk dan naar eigen hand.
Zo zie ik althans onze taak in de groenteveredeling. Een mooie blauwdruk maken. En in mijn geval dus een blauwdruk met mooie resistenties tegen prangende problemen in de tuinbouwsector. En waar halen wij fytopathologen die resistenties dan vandaan? Familieleden.

Solanum lycopersicum, zoals onze tomaat in het latijn heet, heeft een uitgebreide familie. En het zijn vooral de verre achterneefjes van S. lycopersicum die interessant zijn voor nieuwe resistenties. Vele resistentie eigenschappen die nu in gecultiveerde tomaten zitten, komen oorspronkelijk uit verre verwanten zoals Solanum pimpinellifolium en Solanum pennellii. Zo’n S. pennellii is bijvoorbeeld niet te eten, heeft kleine bittere vruchtjes waar je niets mee kan in je salade. Maar dus wel van nature mooie resistenties in zijn blauwdruk.

Dat veredelde zaad met genetica uit verre familieleden komt dan uiteindelijk weer in de kas terecht. De kas van mijn opa. Ik heb het nooit met mijn opa over tomaten gehad. Dat gaat ook niet meer lukken, want hij is al meer dan 15 jaar dood. Maar het had vast een leuk gesprek geweest. Hij was niet spraakzaam. De meeste gesprekken duurde niet langer dan twee minuten. Maar over tomaten, ja, daar zou ik misschien wel vijf minuten met hem over kunnen praten. De uitspraak ‘Van je familie moet je het hebben’ wordt doorgaans cynisch gebruikt. Maar geen cynisme hier. Ik ben hem dankbaar, voor zijn cultuur en natuur.

Mijn geluk.

Van mijn familie heb ik het gehad.

Rocket Science, een ode aan de zandraket

 

 

Arabidopsis thaliana. Wat!? Kun je dat eten?!” Nou, technisch gezien wel ja, maar echt lekker is het niet. Toch is het de meest bestudeerde plant op aarde. Er is geen plant waar wij meer over weten dan Arabidopsis thaliana. De Engelse term ‘Mouse ear cress’ zegt je iets over de grootte van dit plantje. Haar blaadjes zijn net zo groot als de oren van muizen. De Nederlandse term ‘Zandraket’ zegt je iets over het grondtype waarin je dit plantje kan tegen komen; zand. Zandraketten zijn echter niet zo veeleisend wat dat betreft. Mensen kijken altijd een beetje verbaast als ik naar het ‘onkruid’ tussen de stoeptegels wijs, en zeg dat ik daar de afgelopen acht jaar aan gewerkt heb.

 

Waarom werken zoveel plantwetenschappers aan de zandraket, en wat heeft de tuinbouw aan dit onderzoek? Zoals dierwetenschappers fruitvliegjes en witte lab-ratten hebben omarmt, zo hebben plantwetenschapper de afgelopen decennia de zandraket omarmt. Dat heeft verschillende redenen. Ten eerste is het lekker klein. Klein, als in ‘de blaadjes zijn zo klein als muizenoren’, en klein als in ‘een genoom van maar 5 chromosomen, ongeveer 30 duizend genen en in totaal zo’n 135 megabase paren aan nucleotiden…’. Inderdaad, lekker klein.

 

Ten tweede is het lekker snel. Waar sommige bomen meer dan duizend jaar oud kunnen worden, is de zandraket het leven nogal snel zat. Het is een winter annuel, wat doorgaans betekent dat het als rozet overwintert en vroeg in de lente al uitgebloeid is. Kun je denken; “domme plant zeg, maakt nooit eens een lekkere warme zomer mee”. Maar het niet meemaken van een zomer is een pientere evolutionaire strategie van sommige planten. Waar wij zomers wellicht associëren met strand, ijsjes en fietsen in een korte broek, daar associëren planten doorgaans zomers met vraatzuchtige insecten. Door te over-zomeren als zaadje kom je die insecten nooit tegen. Kneiterslim van die zandraket! In de juiste condities kan een zandraket binnen vijf weken haar hele levenscyclus voltooien, en dat is dan weer heel handig voor de plantwetenschapper die nog snel wat laatste resultaten moet verzamelen voor een belangrijke publicatie of onderzoeksvoorstel.

 

Ten derde is het lekker gulzig in haar zaadproductie. Niet alleen maakt het heel veel zaadjes, deze zaadjes zijn ook nog vaak identieke kopieën van de moederplant vanwege zelfbestuiving. Doordat in de natuur ook verreweg de meeste voortplanting in de zandraket plaats vindt door zelfbestuiving, is het genoom van elke willekeurige zandraket die je vindt redelijk homozygoot. Homozygoot betekent dat je twee identieke kopieën van een gen hebt. Lekker handig!

 

Lekker klein, lekker snel en lekker gulzig in haar zaadproductie. Maar dus niet echt lekker… Dus wat moet jij ermee? Het is wel verwant aan lekkere planten zoals kool, canola and wasabi. Maar mocht jij nu tomaten of chrysanten telen, ook dan zal er ongetwijfeld kennis uit het onderzoek aan de zandraket in de genetica en de behandeling van jouw gewas zitten. Plantenwetenschap is bijzonder innovatief, en Nederland is een wereldspeler en voorloper op dit gebied. Robotics, automatisch fenotyperen, genomic breeding, AI, biologische bestrijding, vertical farming en LED belichting, noem het maar op. Elke innovatie moet eerst getest worden, vaak vanuit fundamentele kennis met de zandraket. In dubbelzinnige zin zijn vele plantwetenschappers bezig met echte ‘Rocket Science’ en uiteindelijk komt deze kennis in de kassen terecht. Lekker!

 

Trage Trips = Tuinders Terreur

Beste tuinder, ik houd van alles waar u een hekel aan heeft.. Het is het lot van een plantenpatholoog. Ik vind trips bijvoorbeeld superkick. Trips zijn van die wonderlijke kleine rakkers. Niet al te kieskeurig; ‘wat de boer niet kent vreet hij ook…’. Een generalist noemt men dat. Paprika? ‘Awesome!’ Chrysant? ‘I love it!’ Prei? ‘Si, gracias!!’ En zoals u leest is de soort die we op paprika en chrysant vinden een Amerikaan (de Californische trips), terwijl de soort op prei doorgaans zijn oorsprong kent uit het mediterraan gebied (de Uien trips). Beide soorten zijn overigens nu met uitzondering van Antartica op alle continenten te vinden; de keerzijde van internationale handel.

Ik zelf heb tijdens mijn promotieonderzoek in Wageningen vijf jaar zitten tureluren naar de Californische trips. En zoals de Engelse naam ‘Western Flower Thrips’ al suggereert, deze beestjes zijn gek op bloemen. Maar ook groenten-gewassen zoals komkommer en paprika zijn vaak de klos. Met hun kegelvormige snuiten prikken ze de bovenste laag van plantencellen aan. Dat levert zilverkleurige vlekjes op. Een horrorbeeld voor menig teler.

Het grootste probleem is echter dat deze insecten een hele lading aan virussen met zich meedragen en verspreiden. TOSPO virussen kunnen alleen door trips overgedragen worden en zijn een serieus probleem in de mondiale tuinbouw. Om het TOSPO probleem bij de wortel aan te pakken, moet je dus iets doen aan die trips.

Gif spuiten is niet best voor ons planeetje, en daarnaast soms ineffectief omdat trips populaties door het vele spuiten inmiddels vaak resistent zijn geworden voor de meeste nu nog toegestane chemische middelen (een lijst die steeds kleiner wordt). Biologische bestrijding met natuurlijke vijanden biedt uitkomst, maar kan in haar eentje niet het hele probleem verhelpen. Daarover in een volgende blogpost meer. Wat dan te doen? Veredelen op rassen met waardplant resistentie!

De zoektocht naar trips resistentie is niet zo eenvoudig. Trips lust immers bijna alles. Een nieuw wapen in de strijd om resistentie op te speuren is automatisch video tracken van trips gedrag op verschillende planten. Ik heb met collega’s tijdens mijn onderzoek aan de WUR zo’n soort systeem ontwikkelt. Inderdaad, niet alleen vind ik deze beestjes kick, ik maakte er filmsterren van! En wat zagen we na tigabites aan automatisch geanalyseerd filmmateriaal? Hoe langzamer trips op blad bewegen, hoe vatbaarder deze plant blijkt te zijn. Of zo u wilt; Trage Trips = Tuinders Terreur!

 

 

Een walvis is geen vis, fytoftora geen schimmel

Walvissen kunnen kneitergoed zwemmen. En dat is best knap, want evolutionair gezien zitten ze nog niet eens zo heel lang in het water. Het zijn natuurlijk ook helemaal geen vissen. Zijn al lang van wal gegaan… Zo’n 55 miljoen jaar geleden waren de voorvaderen van walvissen nog op het land aan het luieren. Leken ze een beetje op nijlpaarden.

Overigens zijn nijlpaarden geen paarden, maar dat wist u waarschijnlijk wel. Hun leefgebied is ook veel wijder dan de nijl. Op beide fronten dus een domme benaming. Klaprozen zijn ook geen rozen en een neushoorn is eigenlijk alleen maar de hoorn op de neus van dat dier dat we kennelijk neushoorn noemen. Zoveel domme namen in de biologie..

Weet u wat een goede naam is? Fytoftora! Ook wel phytophthora. De Griekse versie lijkt wat overdadig in het aantal ‘h’s, maar het is een goede naam. Het betekent namelijk letterlijk wat het is; planten (phytón) vernietiger (phthorá). En dat kan fytoftora goed joh, planten vernietigen. Ik heb in zekere zin mijn vakgebied te danken aan fytoftora.

Zo heeft Amerika het merendeel van zijn Ierse bevolking aan fytoftora te danken. Het was immers Phytophthora infestans dat in de 19e eeuw de Ierse hongersnood veroorzaakte. Geen enkele aardappel haalde het naar het boord in de jaren 1845 tot 1849. Ierland verloor 25% van haar bevolking in deze hongersnood. Het was het tragische begin van een spannende nieuwe tak in de wetenschap; fytopathologie.

En mocht u denken dat die Phytophthora infestans zo’n 170 jaar na dato wel een beetje is uitgeziekt, dan heeft u het mis. Het is nog steeds een belangrijke ziekte waarvoor het in veel gewassen moeilijk is om resistentie voor te vinden. Maar wat voor een soort organisme is phytophthora eigenlijk? Het wordt vaak uitgescholden voor schimmel, ook door mensen met echt verstand van zaken. Maar zoals een walvis geen vis is, zo is phytophthora geen schimmel. Sterker nog, wij mensen lijken veel meer op schimmels dan dat phytophtora op een schimmel lijkt. Phytopthora is namelijk een oomyceet.

De Nederlandse term ‘waterschimmel’ is net als de term walvis en nijlpaard op beide fronten een misbenaming. De meeste soorten oomyceten zijn landgebonden plant pathogenen, er is maar een klein groepje dat in het water leeft. Daarnaast zijn het dus zoals gezegd helemaal geen schimmels. Ze hebben echter een ‘schimmelachtig uiterlijk’ door hun draadjesachtige mycelium, het vegetatieve gedeelte van de oomyceet. Ze worden samen met onder andere bruinalgen geplaats in het phylum Heterokonta.

 

Een groot verschil met schimmels is dat de celwanden van een oomyceet van cellulose zijn gemaakt, terwijl schimmels celwanden van chitine hebben, de stof die ook in ons haar en nagels zit. Witte roest, veroorzaakt door Albugo candida, is een andere beruchte oomyceet. Zo ook Bremia lactucae, de veroorzaker van valse meeldauw op sla. Perenospora en Pythium zijn andere groepen oomyceten met vele plantverziekers.

Er zijn echter ook oomyceten zoals Phytium oligandrum, die actief in de tuinbouw ingezet kunnen worden als biologische bestrijding tegen andere schimmels en oomyceten. We kunnen dus niet altijd oomyceten als ‘slecht’ bestempelen. We kunnen ze echter nooit als schimmel bestempelen. Een walvis is geen vis omdat hij zwemt, een vliermuis is geen vogel omdat hij vliegt, en fytoftora is geen schimmel, omdat hij draadjes heeft. Handig om te weten, voor de volgende keer dat je een chitine afbrekende fungicide gebruikt om fytoftora te bestrijden…

“An Irish Peasant Family Discovering the Blight of their Store” van schilder Daniel MacDonald, c. 1847. En dat was dus heel geen Schimmel jongen!

Het wilde westen in jouw gewas

De menselijke darmflora wordt ook wel het ‘tweede menselijk genoom’ genoemd. Een eerste schatting suggereerden dat er tien keer zoveel bacteriële cellen in ons darmstelsel zitten, dan dat wij zelf menselijke cellen hebben! Dit getal is inmiddels iets naar beneden bijgedraaid, maar het wordt algemeen erkend dat de darmflora die wij allen met ons meedragen van onmetelijk belang is voor onze gezondheid en gemoedstoestand. In onze darmen vindt een complex ecosysteem plaats. Eenieder die weleens een lange antibioticakuur heeft doorstaan kan ook de fragiliteit van dit ecosysteem onderstrepen. We hebben die bacteriën nodig. Voor van alles.

Planten ook. Maar neen, planten hebben geen darmstelsel. Of toch wel een beetje…? Eigenlijk dragen planten hun ‘darmflora’ aan de buitenkant. Op hun wortels, op hun bladen, zelf op hun zaden, zit een dikke complexe laag van duizenden verschillende bacteriën, schimmels en andere micro-organismen, die samen het microbioom van een plant vormen. Er zijn natuurlijk genoeg bekende plantenziekten die veroorzaakt worden door bacteriën en schimmels, maar het merendeel van de bewoners in het planten-microbioom zijn goedaardig. Ze doen jouw gewas geen kwaad, en kunnen zelfs essentiële functies hebben die helpen bij de stikstof voorziening of bescherming tegen schadelijke micro-organismen.

Maar zwart-wit zijn deze relaties tussen microbioom-bewoner en gastheer zeker niet. Een onschuldige bacterie in een gezonde plant, kan omslaan tot een helper in nood als er hommeles is. Maar zo’n bacterie zou ook zomaar een opportunistische pathogeen kunnen worden; een kwaadaardige bacterie die de plant ziek maakt als deze even zijn dekking heeft laten vallen. Ik vind dat spanningsveld erg interessant. Zoals in de film ‘The Good, the Bad and the Ugly’, zo zie ik de verschillende microben in een planten microbioom een beetje. En het zijn vooral die lelijkerds; die microben die soms slecht zijn en soms goed, die een plant volgens mij een hoop energie kunnen kosten. Niet te vertrouwen, die lui!

Ken je de term ‘frenemies’? Het is een verbastering van het Engelse ‘friend’ en ‘enemy’. Wij mensen hebben moeite met frenemies. Als een vriend je vraagt of je mee wilt lunchen, is je antwoord makkelijk; ‘Ja joh, gezellig!’. Als een ‘vijand’ je vraagt te lunchen is je antwoord ook makkelijk; Nee joh, bekijk het maar’. Het zijn die frenemies; die ambivalente relaties die je kan hebben, die voor keuzestress zorgen. Je gaat smoesjes verzinnen, of je gaat strategische afwegingen maken. Een mens doet er goed aan om zo weinig mogelijk ambivalente relaties in zijn leven te hebben. Weg met de frenemy!

Wat moet een plant met al die frenemies in zijn microbioom? Ze allemaal wegsturen is geen optie, je laat immers een gat over waar alle andere opportunistische microben van zullen profiteren. Een plant doet er goed aan om coulant om te gaan met het Wilde Westen dat plaats vindt in zijn microbioom. Laten ‘The Good, the Bad and the Ugly’ het onder elkaar maar uitvechten. Hoe diverser het microbioom, hoe gezonder jouw gewas in je kas!

Planten onthouden die shit…

Wat zou jij doen als tuinder, wanneer je in de planning voor het komend seizoen reflecteert op de enorme schade aangericht op jouw gewas door een naar beestje of een hardnekkige schimmel? Je zult wellicht maatregelen nemen om dit jaar minder last te hebben van die beestjes of ziektes. Biologische bestrijding, extra spuiten of wellicht een sterker ras uitproberen?

Planten in het wild hebben geen verzorgende tuinders, maar planten kunnen zelf ook trauma’s onthouden. Want ja, levend afgekloven worden door trips, leeggezogen worden door bladluis of je bladeren zien wegrotten door Botrytis zijn serieuze planten trauma’s. Maar mochten planten dergelijken trauma’s overleven, dan zal je ze niet met een posttraumatisch stresssyndroom bij een planten psycholoog zien rond dwarrelen om weer op te bloeien. Planten zijn bikkels. Ze nemen de traumatische ervaringen mee naar volgend jaar zodat ze beter zijn voorbereid op alle ellende die moeder natuur dan weer liefelijk over hen uit zal strooien. Jawel, planten onthouden die shit!

Hoe doen planten dat? Geen zenuwstelsel, geen hersenen, en toch allerlei zaken onthouden? Van een echt cognitief geheugen zoals bij dieren is geen spraken bij planten, maar informatie kan wel degelijk opgeslagen worden. Via het verstillen van bepaalde eigenschappen door een soort dekentje over stukjes DNA te plaatsen kunnen planten fenotypisch veranderen. Dit wordt epi-genetica genoemd, waarin methyl groepen op bepaalde stukjes DNA kunnen rusten en een eigenschap (bijvoorbeeld resistentie tegen een plaag of ziekte) niet of minder tot expressie komt.

Net als mensen dus, hebben planten een genoom met ‘harde data’ en een methyloom met ‘zachte data’, een dekentje over het genoom heen wat door omstandigheden weg kan waaien. Of zo’n methyloom dekentje op een bepaalde plek in het genoom aanwezig of afwezig is kan grote fenotypische gevolgen hebben. Aanvaardingen met nare beestjes kunnen die dekentjes heel goed wegnemen.

Een markant verschil met mensen, is dat planten relatief stabiel hun DNA methylomen kunnen doorgeven aan de volgende generatie. Die traumatische aanvaring met trips, bladluis of Botrytis wordt dus niet alleen met de moederplant meegedragen naar volgend jaar, het veranderende methyloom na deze aanvaarding zit ook in het zaad. Hierdoor kan de volgende generatie dus mogelijk beter voorbereid zijn op deze stressvolle omgeving.

Heb jij problemen met een bepaalde ziekte of plaag in de kassen? Wellicht dat we in de toekomst zaad kunnen creëren van moeders die al die ellende al hebben doorstaan, zodat hun nakomelingen gehard zijn. Epi-genetica biedt een mooi en alternatief perspectief voor het vinden van interessante plant eigenschappen. In de toekomst kunnen we wellicht epi-genetische eigenschappen van groenten en bloemen gebruiken in de praktijk. De enorme extra bron aan fenotypische variatie in het plantenrijk valt nog voor telers en veredelaars te ontdekken, als we op slimme manieren die methyl dekentjes van het planten DNA kunnen vinden en verwijderen.

 

Al had Napoleon planten bestudeerd…

Het is augustus 1812, Napoleons ‘Grande Armée’ zal in de komende maanden zijn grootheid rap verliezen tijdens de invasie van Rusland. In die dagen had je nog geen thuisbezorgt.nl, legioenen waren voor hun voedsel afhankelijk van lokale plundering op net veroverd gebied. Dat wisten die Russen maar al te goed. Bij het opgeven van de steden Smolensk en Moscow trof het leger van Napoleon slechts steden in as aan. Landerijen vol gewassen werden door de Russen afgebrand voordat ze zelf verder naar het Oosten trokken. De winter in. Deze ‘verschroeide aarde tactiek’ in combinatie met de straffe winter bleek uiteindelijk funest voor de Franse opmars.

Ik zie in deze tragische geschiedenis een mooie parallel met verdediging-mechanismen van planten. Net als het leger van Napoleon, heeft ook een ziekteverwekker grondstoffen nodig om zijn invasie verder uit te breiden. En net als Rusland, kan een plant soms zo’n invasie al van mijlenver aan zien komen. Planten ‘kiezen’ er dan voor om lokaal de boel af te branden om verdere invasie te stoppen. Dit gebeurt middels een hypersensitieve response (HR) met lokale celdood als gevolg. Je kunt dit op je gewas herkennen aan zwarte cirkels. Cirkels van dood en verderf, maar wel door de plant zelf aangebracht.

Waar het voor de Russen wellicht de iconische hoed van Napoleon was, zijn het voor planten de herkenning van typische avirulente (Avr) eiwitten die plant-vijanden uitscheiden om infectie te bevorderen. Die eiwitten kunnen herkend worden door Resistentie (R) –eiwitten in de plant. Halverwege de 20e eeuw ontdekte de wetenschapper Harold Henry Flor deze directe interactie tussen Avr eiwitten van vijanden en R-eiwitten van de plant. Hij bedacht het ‘gene-for-gene model’, waarin vijanden steeds proberen hun Avr eiwitten te veranderen om herkenning te voorkomen, en R-eiwitten evolueren om nieuwe varianten van Avr eiwitten te herkennen.

Inmiddels weten we dat er vaak meerdere eiwitten bij betrokken zijn om vijanden te herkennen. Indirecte herkenning van Avr eiwitten vindt bijvoorbeeld plaats doordat er een ‘bewaakt eiwit’ tussen het Avr eiwit en het R-eiwit in staat. Zodra het bewaakte eiwit in contact komt met het vijandelijke Avr eiwit, buigt het een gekke kant op, waardoor het bewaker R-eiwit gevaar ruikt en lokale celdood op start.

Maar planten kennen nog meer truckjes. Soms kunnen er in de loop van de evolutie spontaan kopieën ontstaan van eiwitten. Zo’n kopie kan dan vrijuit muteren en veranderen van functie, als het originele eiwit blijft doen wat het moet doen. Het kan een hobby krijgen, zo je wilt. In het geval van zo’n bewaakt eiwit, kan het kopie zich helemaal specialiseren tot lokaas. Die Avr eiwitten van plant-vijanden binden aan het lokaas in de hoop daarmee verdere invasie te bewerkstelligen, maar het enige wat gebeurt is een bak alarmbellen en lokale celdood gestart door het gekoppelde R-eiwit. Kneiter-slim van die plant!

En het kan nog veel complexer, met geïntegreerd lokaas binnen het R-eiwit en complexe netwerken van verschillende R-eiwitten. Jouw gewas zit vol ingenieuze oorlog strategieën. Soms vraag ik mij weleens af hoe de wereld eruit zou hebben gezien, al hadden de grote generaals van onze geschiedenis iets minder vaak door blind nationalisme de velden op gestormd, en iets vaker s’-avonds een plantenbiologie boek geopend.