Wageningen Universiteit

Persbericht Wageningen Universiteit, nr. 035, 21 april 2005

EMBARGO 21 april 21.00 uur

DOORBRAAK IN ONDERZOEK NAAR AFWEERSYSTEMEN VAN PLANTEN

Planten kennen net als mensen een afweer- of immuunsysteem om ziekteverwekkers onschadelijk te maken. Maar hoe dat afweersysteem werkt is nog niet geheel duidelijk. Onderzoekers van Wageningen Universiteit hebben samen met Britse collega's het afweersysteem van tomaat tegen de ziekteverwekkende schimmel Cladosporium fulvum verder ontrafeld. Hun bevindingen staan in Science van 21 april.

Het onderzoeksteam is een afweermechanisme bij de tomatenplant op het spoor gekomen waarbij de schimmel indirect herkend wordt. Hierbij wordt een zogenaamd bewaker-eiwit (het product van een resistentiegen) gealarmeerd dat vervolgens het afweersysteem van geprogrammeerde celdood bij de plant in werking stelt. Hierdoor wordt de schimmel de pas afgesneden.

Het afweersysteem beschermt de plant tegen de schadelijke werking van belagers zoals virussen, bacteriën en schimmels. Zo produceren planten afweerenzymen zoals proteases, chitinases en glucanases om binnendringende ziekteverwekkende schimmels uit te schakelen. De schimmels op hun beurt scheiden eiwitten af die parasitering van de gastheerplant mogelijk maken. C. fulvum groeit in de intercellulaire ruimten van tomatenblad waarin de schimmel bepaalde Avr-eiwitten (de producten van avirulentiegenen) uitscheidt die genoemde afweerenzymen kunnen uitschakelen door hun activiteit te blokkeren. Om die blokkering teniet te doen hebben planten via co-evolutie een arsenaal aan receptor- of bewaker-eiwitten tot hun beschikking gekregen. Deze bewaker-eiwitten kunnen de remming en modificatie van afweerenzymen detecteren. De herkenning van de indringer gebeurt - in tegenstelling tot wat tot voor kort vaak werd aangenomen - dus niet via een direct fysiek contact tussen het Avr-eiwit en het r eceptoreiwit van de plant maar indirect.

In de internet-publicatie van Science beschrijven de Wageningse onderzoekers John van 't Klooster, Renier van der Hoorn, Matthieu Joosten en Pierre de Wit van het Laboratorium voor Fytopathologie, Wageningen Universiteit, en Henrietta Rooney en Jonathan Jones van het Sainsbury Laboratory in Norwich de interactie tussen het Avr2-eiwit dat door C. fulvum wordt afgescheiden tijdens infectie van tomaat en het Rcr3 cysteïne protease van tomaat. Deze interactie leidt tot alarmering van een bewaker-eiwit, het product van resistentiegen Cf-2, waarna het proces van geprogrammeerde celdood, ook wel overgevoeligheidsreactie genoemd, in de tomatenplant in werking treedt. Er is hier dus inderdaad sprake van indirecte herkenning van het schimmeleiwit Avr2. Avr2 bindt niet aan het receptoreiwit Cf-2, maar aan het afweerenzym Rcr3, dat door het Cf-2 eiwit wordt bewaakt. De overgevoeligheidreactie leidt tot het uiterst snel afsterven van enkele plantencellen rondom de plaats van infectie, waarbi j de indringer zelf ook het loodje legt.

Het onderzoekt toont aan dat de alom geaccepteerde gen-om-gen hypothese en de daarvan afgeleide eiwit-om-eiwit hypothese niet meer volstaat. Genetisch klopt de gen-om-gen-hypothese nog wel, maar op eiwitniveau niet meer. Daarvoor in de plaats is nu de bewaker-hypothese gekomen.

Op basis van het artikel van het Wageningen-Norwich onderzoeksteam verschijnt ook een inhoudelijk commentaar ('Recognition at a distance') in dezelfde aflevering van Science. Hierin wordt ook een artikel van een Californisch onderzoeksteam betreffende het afweersysteem van Arabidopsis (zandraket) tegen een bacterie besproken. Ook hier lijkt de afweer indirect via een bewaker-eiwit te verlopen, met als enig verschil dat herkenning van de schimmel búiten de cel en die van de bacterie ín de cel plaatsvindt.