Gen-om-gen

Gen-om-gen

Planten zijn zeker niet weerloos tegen ziekten en plagen. Het is reuze interessant om uit te zoeken welke genen, moleculen en mechanismen er aan te pas komen wanneer bijvoorbeeld een schimmel of een insect een plant aanvallen. Er vinden op celniveau allerlei interacties plaats tussen een plant en haar vijanden. Als we die interacties begrijpen, kunnen we deze kennis gebruiken om planten beter te wapenen. Bijvoorbeeld met resistentiegenen.

Verdedigingsreactie

Op de buitenkant van een plantencel zitten speciale receptoren. Zo’n receptor is een eiwit dat geschikt is voor het herkennen van specifieke moleculen van ziekteverwekkers. Zodra er een vijandelijk molecuul is gesignaleerd op de oppervlakte van de plantencel, wordt dit doorgegeven binnen in de cel. In de plantencel start vervolgens een kettingreactie om de verdediging op poten te zetten. Allerlei genen worden overgeschreven en processen in gang gezet. In totaal is wel 30% van alle plantengenen betrokken bij de verdediging tegen ziekteverwekkers.

Tegenaanval

Natuurlijk laat een schimmel of bacterie dit niet op zich zitten en voert een tegenaanval uit. Hiervoor gebruikt hij zogenaamde effectoren. Een effector is een eiwit dat gemaakt en uitgescheiden wordt door de ziekteverwekker en dat effect heeft op de verdediging van de plant. Een effectoreiwit wordt gecodeerd door een avirulentiegen (Avr-gen).

Effectoren verstoren de verdediging van de plant. Sommige effectoren doen dat door een stap in de afweerreactie van de plant te onderdrukken. In dat geval produceert de schimmel of bacterie een effector die de plantencel binnengaat en daar de afweer saboteert. Dit is schematisch weergegeven in onderstaande figuur.

Schematisch overzicht van de afweer door planten
(a) Een plantenreceptor herkent een ziekteverwekker aan zijn specifieke moleculen. De eerste verdedigingslinie wordt geactiveerd.
(b) Een ziekteverwekker scheidt effectoren af, die de verdediging van de plant verstoren.

Resistentiegenen

Nu is het tijd dat de plant zijn geheime wapen gaat inzetten: het resistentiegen (R-gen). Een resistentiegen codeert voor een resistentie-eiwit (R-eiwit). R-eiwitten zijn eigenlijk een soort bewakers van de eerste verdedigingslinie. R-eiwitten herkennen de aanwezigheid van een effector van een schimmel en slaan alarm. Het gevolg is dat de plant een andere, nieuwe verdediging opstart, de overgevoeligheidsreactie.

Overgevoelig

De overgevoeligheidsreactie werkt als volgt: de plant laat zijn eigen aangevallen cellen snel afsterven. Doordat de plantencel doodgaat wordt de indringer gestopt. Een plantenschimmel of -bacterie is immers een parasiet en heeft voedingsstoffen uit de plantencel nodig om te kunnen groeien. Het kost de plant een klein stukje blad, maar dan is de aanval afgeslagen en blijft de plant gezond.

Wapenwedloop

Wil je weten hoe het precies zit met de strijd tussen plantengenen en genen van een schimmel? Bekijk dan eens het lespakket Wapenwedloop.
(Voor docenten is een aanvullende docentenhandleiding met antwoorden beschikbaar: gratis hier op te vragen).