Vernieuwd plantenpracticum DNA-labs

Na 18 jaar ‘Prenataal onderzoek bij planten’ krijgt dit practicum van het Wageningse DNA-lab een nieuw jasje. Het heet voortaan ‘DNA in de strijd voor voedselzekerheid’.

Met de vertrouwde PCR-test als basis leren de leerlingen hoe we via DNA-analyse tomatenplanten kunnen selecteren die zijn aangepast aan de gevolgen van klimaatverandering. Zo onderzoeken we eigenschappen als droogtetolerantie en thermostabiele resistentie tegen plagen, die in de nabije toekomst een grote rol gaan spelen bij onze voedselproductie.

Wat wel hetzelfde blijft: het lab is gratis en te boeken in de periodes november-december en maart-april.

Inschrijven voor de Reizende DNA-labs Schooljaar 2024/ 2025 vanaf 4 juni!

 

 

Wat is het nut van biodiversiteit?

Biodiversiteit. Het is een term die je tegenwoordig vaak hoort. Maar wat is biodiversiteit eigenlijk? En waarom is het zo belangrijk? En welke rol speelt biodiversiteit bij plantgezondheid en klimaatverandering?

Met biodiversiteit wordt de verscheidenheid aan dieren- en plantensoorten en micro-organismen bedoeld. Die organismen zijn onderling op elkaar ingesteld en vormen samen ecosystemen. Die ecosystemen dragen bij aan schone lucht en water en aan een gezonde bodem. Hoe meer verschillende soorten in een ecosysteem, hoe flexibeler het kan omgaan met veranderingen.

Koolmees met een rups om aan zijn jongen te voeren (foto Pixabay). Lees hieronder wat dit met biodiversiteit, klimaatverandering en plantenziekten te maken heeft.

Biodiversiteit en plantenziekten

Een grote biodiversiteit is ook belangrijk om plantenziekten te beheersen. Wanneer er evenwicht is met voldoende natuurlijke vijanden, dan blijven ziekten en plagen beter onder controle. Dit is zeker belangrijk met de huidige klimaatverandering. Hogere temperaturen kunnen de interactie tussen plaag en natuurlijke vijand namelijk verstoren.

Plantenziekten en klimaatverandering

Bijvoorbeeld de rupsen van de wintervlinder (Erannis defoliaria) ontwikkelen zich de laatste jaren sneller doordat het warmer is (temperatuur gestuurd). Ze komen eerder in het voorjaar uit en vreten de bladeren van bomen kaal. Normaal gesproken worden de rupsen door koolmezen gevoerd aan hun jongen. Maar de ontwikkeling van koolmezen is niet vervroegd (want lichtprikkel gestuurd) en dus komen de jonge rupsen te vroeg in het jaar voor de jonge koolmezen. Het gevolg is dat de koolmezen een voedselprobleem hebben en de boom een rupsenprobleem.

Klimaatverandering en biodiversiteit

Voor zowel de mezen als de boom geldt dat ze voordeel hebben bij een grote biodiversiteit. Als er veel verschillende insectensoorten zijn, dan is er voor de koolmezen vervangend voedsel. En voor de plant zijn er hopelijk andere natuurlijke vijanden van de rupsen vroeg in het voorjaar. Biodiversiteit kan dus de impact van klimaatverandering op plagen en ziekten verminderen.

Zoete aardappel chips of stamppot?

Een maaltijd met zoete aardappel in Ghana (foto: USDS , Public Domain).

De Nederlandse winters worden warmer en natter. In de zomer zijn er vaak lange droge periodes met erg hoge temperaturen. Dat heeft natuurlijk ook effect op planten. Door verdroging, wateroverlast en verzilting van de bodem zijn de opbrengsten vaak lager. Dan kun je als boer een paar dingen doen. Het eerste is proberen om de omstandigheden toch zo gunstig mogelijk te maken voor je gewas. Bijvoorbeeld door wateropvang bij extreme regen en een slim druppelirrigatiesysteem bij droogte.

Een tweede optie is om over te stappen op een ander gewas. In plaats van aardappelen, ga je zoete aardappelen (bataat) telen. De subtropische plant blijkt het inderdaad aardig te doen in het huidige Nederlandse klimaat. Ook wordt geëxperimenteerd met kiwi, druiven, quinoa en zelfs rijst en thee. Door de lokale productie is er ook minder transport nodig.

Honger
Hoewel er lokaal nieuwe kansen ontstaan, is de klimaatverandering wel een bedreiging voor de wereldwijde voedselvoorziening. In Afrikaanse landen als Ethiopië en Somalië zijn al meerdere jaren op rij oogsten verloren gegaan door droogte, afgewisseld met extreme neerslag. Het veroorzaakt grote problemen. Het zaaien van droogtebestendige gewassen en de aanplant van bomen kan (op termijn) helpen.

Springende genen in kool

Broccoli, spitskool, rode kool, spruitjes, bloemkool… Al deze koolgewassen behoren tot dezelfde plantensoort, namelijk Brassica oleracea. Toch zien ze er allemaal anders uit. En ze verschillen ook in smaak, voedingsstoffen en in weerbaarheid tegen droogte en plantenziekten. Hoe kan dat? Zoveel verschillen binnen één soort?

Al deze verschillende kolen horen tot een en dezelfde soort (opstelling en foto: ChengCheng Cai, Guusje Bonnema en Johan Bucher).

De verschillen zijn deels te verklaren doordat koolplanten een groot genoom hebben met veel verschillende genen. Maar dat is het niet alleen. Onderzoekers hebben ontdekt dat transposons een belangrijke rol spelen. Dit zijn kleine stukjes DNA die ‘rondspringen’ en op allerlei plaatsen in het DNA kunnen opduiken. Deze transposons (of springende genen) beïnvloeden de activiteit van de genen die in hun buurt liggen. Ze werken als het ware als de aan/ uit knoppen en de dimmers van de buurgenen. Wanneer bepaalde genen ‘harder of zachter aanstaan’, heeft dat invloed op de eigenschappen van de plant.

Deze kennis is dus erg nuttig bij het selecteren van rassen die beter bestand zijn tegen ziekten of die bijvoorbeeld minder temperatuurgevoelig zijn.

Bekijk ook eens het Practicum over Geheimen van het Koolgewas

Planten ruiken gevaar

Planten ruiken het als er gevaar dreigt.  Wanneer bijvoorbeeld een rups van een plant eet, dan maakt die plant een alarmstofje aan. Dit komt vrij in de lucht en de buurplanten ‘ruiken’ deze waarschuwing via hun huidmondjes. Onmiddellijk reageren ze door het activeren van hun verdediging: ze maken alvast het stresshormoon jasmonzuur aan of brengen hun defence genes in stelling. Hierdoor is een plant voorbereid op het gevaar dat komen gaat en dus weerbaarder.

Bron: Artikel “Green leaf volatile sensory calcium transduction in Arabidopsis” – Nature.  Bekijk hier de video’s

Japanse onderzoekers hebben dit ‘gevaar ruiken’ nu zichtbaar gemaakt in een video: in een laboratorium opstelling is een alarmstofje (een zogenaamde vluchtige organische stof VOG) in de lucht gebracht bij een plant en vervolgens is de opbouw van Ca2+ in het blad gefilmd m.b.v. fluorescentie (Ca2+ is een van de eerste stappen in de keten van de verdedigingsreactie).
Bekijk de video’s

Overigens reageren niet alleen buurplanten op de alarmsignalen van een beschadigde plant. De vluchtige stofjes in de lucht trekken ook sluipwespen en andere hulptroepen aan…. Meer>>

2x last van klimaatopwarming

Door de opwarming van de aarde zijn onze winters minder koud. Dit betekent meer overlevingskansen voor insecten en andere plantenparasieten, die van warmte houden. Neem nu bijvoorbeeld wortelknobbelaaltjes. Dit zijn nematoden die in de bodem leven en plantenwortels aantasten, vaak met misvormingen tot gevolg. Bepaalde soorten knobbelaaltjes kwamen vroeger alleen in Noord-Afrika en Zuid-Europa voor, maar zijn nu ook al in Midden-Frankrijk gesignaleerd.

Om een goed beeld te krijgen van de opmars nemen onderzoekers bodemmonsters, vanaf Zuid-Turkije tot Noord-Duitsland om de 200-300 km. Ze gaan de waarnemingen in kaart brengen en met behulp van een model voorspellingen doen. Op basis daarvan kunnen dan (voorzorg)maatregelen genomen worden.

Gaten in verdediging plant
Maar de bodemtemperatuur heeft niet alleen effect op de plantenbelagers. Het kan ook de groei en andere processen van de plant zelf beïnvloeden. Zo werkt bij een temperatuur van 28 graden of hoger een aantal belangrijke resistentiegenen van planten niet meer. Er vallen dus gaten in de verdedigingslinie van de plant! Onderzoekers zijn op zoek naar wat precies de achterliggende moleculaire mechanismen zijn. Als we beter snappen hoe het werkt, dan kunnen we met die informatie gewassen zoeken, die beter bestand zijn tegen de klimaatverandering.