Wageningen Universiteit en Researchcentrum

Persbericht Wageningen UR, nr 076, 23 december 2010.

Science-Embargo tot vanavond 20.00 uur

Stap vooruit in mechanisme om stikstof voor gewassen te binden

Het mechanisme waarmee sommige planten stikstof uit de lucht binden is een stap verder ontrafeld. Onderzoekers van Wageningen University, onderdeel van Wageningen UR, zijn een opmerkelijke overeenkomst op het spoor tussen de wijze waarop de bijzondere plant Parasponia via Rhizobium bacteriën stikstof bindt en de manier waarop bijna alle planten via schimmels voedingsstoffen uitwisselen. Hun onderzoek dat in Science Express van 23 december verschijnt, draagt bij aan de ontwikkeling van een milieuvriendelijk alternatief voor de energievergende productie van stikstof kunstmest.

Parasponia is een opmerkelijke plant. De op het oog onopvallende tropische boom uit Nieuw-Guinea verstaat de kunst om samen met Rhizobium stikstof uit de lucht te binden, een competentie die tot de ontdekking van de plant in 1973 alleen aan vlinderbloemige planten zoals soya, erwt bonen, acacia's en klaver werd toegeschreven. Voor een efficiënte stikstofvastlegging heeft Parasponia, net als de vlinderbloemigen, een 'contract' gesloten met Rhizobium bacteriën. Dit behelst dat zij elkaar bij hun groei niet afweren met agressieve stoffen maar elkaar zelfs van voedingsstoffen voorzien. Symbiose noemen biologen dit verschijnsel.

Het onderzoeksteam van het Laboratorium voor Moleculaire biologie van Wageningen University koos het verbond van Parasponia en Rhizobium bacteriën om de precieze werking ervan te ontrafelen. Want juist Parasponia is zo interessant omdat de plant de interactie met de bacteriën pas zo'n tien miljoen jaar geleden is aangegaan. Dat is relatief kort geleden, aangezien de vlinderbloemigen de relatie met de bacteriën in hun ondergrondse knolletjes al zo'n tachtig miljoen jaar onderhouden. De recente samenwerking is daarom zo geschikt omdat nog weinig genetische aanpassingen zijn gepleegd waardoor het mogelijk is de genen van het oorspronkelijke mechanisme te identificeren.

Het onderzoeksteam concentreerde zich op de manier waarop de Rhizobium bacteriën signalen (zgn. Nod-factoren) afgeeft aan Parasponia. De plant herkent die signalen met speciale 'ontvangers', receptoren genoemd. Nu is zo'n receptor doorgaans gevoelig voor slechts één signaal. Maar niet bij de Nod-factor-ontvanger van Parasponia. Zijn ontvanger voor het signaal van de Rhizobium bacterie blijkt ook gevoelig te zijn voor de signaalstof die schimmels (mycorrhiza) gebruiken om de wortels van planten te paaien ook een samenlevingsovereenkomst aan te gaan. Deze manier van doen is in de evolutie stokoud: vanaf het moment dat planten vanuit het water zich op het land gingen vestigen, zo'n 400 miljoen jaar geleden, en geen idee hadden hoe ze voedingsstoffen uit de bodem konden opnemen. Vanaf dat moment zijn ze niet meer van elkaars zijde geweken, zodat van alle nu bestaande plantensoorten zo'n tachtig procent in symbiose kunnen leven met wortelschimmels om voedingsstoffen uit de bodem op te nemen. Dat betekent ook dat in vrijwel alle plantensoorten de genetische basis voor samenwerking met schimmels en dus Rhizobium bacteriën reeds voorhanden is.

Wereldvoedsel

Stikstof is, samen met fosfaat, de belangrijkste meststof voor landbouwgewassen. Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren en bevatten veel stikstof. In het Westen vergt de productie van stikstof in kunstmest omstreeks de helft van de energie-input in de landbouw. Met behulp van zonlicht verrichten vlinderbloemigen en Parasponia deze service gratis. Als de landbouwproductie vanwege de groeiende wereldbevolking van zo'n negen miljard zielen in 2050, moet stijgen, is een duurzame manier van stikstofbinding voor landbouwgewassen onontbeerlijk. Als het mechanisme waarop de interactie tussen symbionten verloopt helder is, kunnen plantenveredelaars op termijn dat mechanisme inbouwen in andere wereldgewassen als de aardappel, tarwe en andere granen voor zowel de productie van voedsel als biobrandstoffen. Daarmee kunnen deze gewassen voorzien in hun eigen stikstofbehoefte met bijbehorende verhoogde opbrengsten.

Publicatie

Rik op den Camp, Arend Streng, Stéphane De Mita, Qingqin Cao, Elisa Polone, Wei Liu, Jetty S.S. Ammiraju, Dave Kudrna, Rod Wing, Andreas Untergasser, Ton Bisseling en René Geurts. LysM-type mycorrhizal receptor recruited for rhizobium symbiosis in non-legume parasponia. Science Express, 23 december 2010.