Nieuws Hebben wetenschappers met 'hairy roots' sleutel gevonden om planten klimaatrobuuster te maken?

04/10/2021
Hairy roots
Plantenweefsel in vitro samengebracht met Rhizobium. rhizogenes. Het weefsel vormt onder invloed van het T-DNA (afkomstig van de bacteriën) de zogenaamde hairy roots.

Kan je planten beter bestand maken tegen droogte door hun weefsel in het lab bloot te stellen aan specifieke bodembacteriën? Plantenwetenschappers weten al langer dat ze met deze ‘bacteriële veredeling’ de wortelkenmerken van een plant kunnen wijzigen. In de sierteelt leidde het al tot variëteiten met een mooiere en compactere vorm. Of het ook succesvol is om chrysant, zonnebloem, appel en roos klimaatrobuuster te maken, is de vraag die in het nieuwe project RootsPlus de komende 3 jaar zal worden onderzocht. “De techniek is moeilijk en plantafhankelijk, maar je verkrijgt veel sneller een marktklare nieuwe cultivar dan met andere veredelingstechnieken”, zegt projectcoördinator Ellen De Keyser (ILVO).

Klimaat en droogte zijn urgente uitdagingen in land- en tuinbouw

De klimaatverandering stelt de plantaardige productie voor heel wat uitdagingen. Bij aanhoudende droogte bv. vinden gewassen via hun wortels onvoldoende vocht en nutriënten. Doordat ze ook nog eens meer vocht kwijtraken via verdamping, krijgen ze ‘droogtestress’. “Dat heeft meestal een groeivertraging of -stilstand tot gevolg. Ernstiger kan het leiden tot verdorring waar de plant niet van herstelt als het eindelijk toch regent. Dit jaar was een uitzondering, maar oogst- en kwaliteitsverliezen als gevolg van droogtestress komen de jongste jaren vaker voor”, zegt Emmy Dhooghe (ILVO RootsPlus onderzoeker).

Bodembacterie stimuleert groei van ‘hairy roots’

Oplossingen zoeken om planten beter te wapenen tegen droogtestress is daarom een belangrijke opdracht voor plantenwetenschappers. De bodembacterie Rhizobium rhizogenes, die in de natuur ruim aanwezig is, zou daarin een belangrijke rol kunnen spelen. Wanneer je een stuk blad of stengel in een petrischaal samenbrengt met die bacterie, brengt hij net als in de natuur een deel van zijn DNA (het T-DNA) over naar het DNA van de plant. Onder invloed van dit T-DNA vormt het plantenweefsel een nieuw type wortels, ook wel ‘hairy roots’ genoemd omdat ze vaak heel pluizig zijn. Uit die hairy roots kunnen plantenwetenschappers vervolgens nieuwe plantjes laten groeien, die vaak op hun beurt meer gerekte of fijn vertakte wortels vormen. En dat is een interessant kenmerk in droge jaren.

Links de wortels van de controle plant. Rechts de wortels van de gewijzigde plant, er is duidelijk meer wortelmassa te zien.
Links de wortels van de controle plant. Rechts de wortels van de gewijzigde plant, er is duidelijk meer wortelmassa te zien.

Logisch verband tussen wortelmorfologie en droogtetolerantie

In droge periodes moeten planten in staat zijn om veel water op te nemen na elke korte, hevige regenbui. Planten met een ruim vertakt, oppervlakkig wortelgestel zijn daar beter in dan planten met één diepe penwortel. Een gewijzigde wortelmorfologie kan dus de capaciteit van een plant om water op te nemen uit de bodem beïnvloeden.

Snelheid verhogen in droogte-tolerant veredelen

“Via het klassieke kruisen van planten zouden we dit nooit kunnen bekomen. Het creëren van hairy roots is echt uniek aan de bacteriële veredeling (buiten de GGO-wetgeving) en betekent in die zin een versnelling in de veredeling naar droogtetolerantie.”

Desondanks zal het wel nog zijn tijd duren voor we droogtetolerantere planten op de markt vinden die afstammen van hairy roots. Niet alle opgekweekte in vitroplantjes ontwikkelen immers een uitgebreider wortelgestel, en behalve op wortelmorfologie zullen ze ook beoordeeld worden op droogtetolerantie. Alleen de kampioen-plantjes die op beide vlakken goed scoren worden dan geselecteerd om verder mee te kruisen. “Afhankelijk van het gewas kan dit binnen 5 tot 10 jaar meer klimaatresistente planten opleveren die direct inzetbaar zijn in de veredeling van commerciële rassen.”

Ook een traject tegen ‘bodemmoeheid’ of ‘replant disease’

RootsPlus zal werken met chrysant als modelgewas voor de kruidachtige planten, roos en appel als modelplanten voor de houtachtigen en zonnebloem als modelplant voor landbouw- en industriegewassen.

Voor appel en roos stelt RootsPlus zich nog een tweede onderzoeksvraag: kan de bacteriële techniek en het gewijzigde wortelgestel ook de weerbaarheid van de boom of struik tegen bodemmoeheid of ‘replant disease’ verhogen? Bij dat fenomeen krijgen rozen en appelbomen te kampen met vertraagde groei en een gebrekkig wortelstelsel, wanneer ze geplant worden op een plek waar eerder rozen en appelbomen stonden. De exacte oorzaak van dit fenomeen is niet gekend maar men merkt een verstoorde morfologische en fysiologische reactie van de plant op het opgebouwde bodemleven (microbioom). “We hopen dat de sterke wortelgroei die wordt gestuurd door de genen van de bodembacterie dit probleem kan overkomen.”

Europees project Rootsplus

Op 1 april 2021 is het project ‘RootsPlus’ gestart. Het is een Europese samenwerking tussen Duitsland (University of Hannover), Polen (Nicolaus Copernicus University), Roemenië (University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca) en ILVO ( project coördinator). In Vlaanderen wordt het project gefinancierd door VLAIO (Bedrijfsproject). ILVO werkt samen met 2 bedrijven.

SusCrop ERA-NET

This project RootsPlus was carried out under the second call of the ERA-NET Cofund SusCrop, being part of the Joint Programming Initiative on Agriculture, Food Security and Climate Change (Facce-JPI). SusCrop has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 771134.

Meer info

www.rootsplus.eu

Vragen?

Contacteer ons

Nele Jacobs

Communicatie ILVO

Ellen De Keyser

Onderzoekster ILVO

Ook interessant