Literatuuroverzicht Plantweerbaarheid : Om inzicht te verkrijgen hoe plantweerbaarheid tot stand komt en de rol van het metaboloom en microbioom daarin

English. Consumers, retail and governments are increasingly aware of the possible negative side effects that crop protection products can have on human and animal health and on our living environment. This results in an increasing limitation of the availability of pesticides due to European and national regulations and due to requirements set by retail and consumers. Plant resilience, the natural ability of a plant to defend itself against diseases and pests, is an important part of an integrated approach to prevent and/or control diseases and pests in a residue-free manner. In this literature review, we show the potential of activating the plant’s natural defenses based on results obtained in model crops, such as Arabidopsis and tomato, and show what has already been translated into practice. Consumers, retail and governments are increasingly aware of the possible negative side effects that crop protection products can have on human and animal health and on our living environment. This results in an increasing limitation of the availability of pesticides due to European and national regulations and due to requirements set by retail and consumers. Plant resilience, the natural ability of a plant to defend itself against diseases and pests, is an important part of an integrated approach to prevent and/or control diseases and pests in a residue-free manner. In this literature review, we show the potential of activating the plant’s natural defenses based on results obtained in model crops, such as Arabidopsis and tomato, and show what has already been translated into practice. The activation of the natural defenses is initiated by an elicitor. This is a substance that the plant recognizes and responds to by increasing plant resilience. These can be chemical substances or substances of natural origin. Two important groups are: 1. Analogues of the plant hormones jasmonic acid and salicylic acid; 2. Polysaccharides: breakdown products of chitin, pectin or cellulose. Also, some micro-organisms act as elicitors, because the plant recognizes the micro-organism itself or a substance that it secretes. The four main genera containing strains with elicitor function are: 1.Trichoderma spp.; 2.Arbuscular mycorrhizal fungi; 3 Pseudomonas spp.; 4. Bacillus spp. Examples from the literature are given of each of the mentioned elicitors and it is indicated in which commercial product they are present. Plant resilience, plant metabolites and the microbiome (the micro-organisms in and near the plant) are three factors that cannot be seen in isolation from each other. Increasing plant resistance has consequences for the composition of the plant components and the microbiome, but also vice versa: changes in the microbiome or plant components result in changes in plant resistance. Usually secondary metabolites slow down the spread of diseases and/or pests in the crop. Important groups of metabolites with regard to plant resistance are terpenoids, carotenoids, alkaloids, glucosinolates and polyphenols. Which substances within these groups are responsible for increasing plant resistance differs per crop and even per variety. Based on research to date, changes in metabolome composition in different crops appear to follow the same pattern, but more research is needed, especially in non-model crops, to understand how wide these patterns are across the plant kingdom. Microorganisms in a microbial community are in equilibrium with each other. Microorganisms with elicitor action can only settle if they become part of this equilibrium. Adding ‘good’ micro-organisms is therefore only successful under specific circumstances. Little is known about this balance and its relationship with plant resistance.

Dutch; Flemish. De maatschappij (consumenten, producenten, retail en overheden) zijn zich steeds meer bewust van de eventuele negatieve bijwerkingen die gewasbeschermingsmiddelen kunnen hebben op de gezondheid van mens, dier en leefomgeving. Dit heeft er toe geleid dat het middelenpakket door Europese en nationale regelgeving is ingeperkt en in de toekomst verder zal worden gereduceerd, mede onder druk door van eisen die worden gesteld door retail en consument. Alternatieven zijn voorhanden in de vorm van biologische middelen en middelen van natuurlijke oorsprong (extracten, stoffen), waarvan verwacht wordt dat de negatieve gevolgen op gezondheid en milieu afwezig, of zeer gering zijn. Echter, er zijn vragen vanuit de praktijk of deze middelen voor alle gewassen effectief zullen zijn en onder welke omstandigheden ze werkzaam zijn. Deze kennis is voor telers belangrijk om een juiste keuze te kunnen maken om ziekten en plagen te beheersen in hun gewassen. Echter, het blijkt dat fundamentele kennis ontbreekt om aan te geven hoe deze middelen ingrijpen op de inhoudsstoffen en het microbioom van de plant, die een belangrijke rol spelen in de weerbaarheid tegen biotische stress factoren. De bodem speelt een belangrijke rol als reservoir van micro-organismen die uiteindelijk het plantmicrobioom gaan vormen. Vandaar dat bodem en plantmicrobiomen door microbiologen vaak als één doorlopend geheel wordt gezien. Het plantmicrobioom moet worden gezien als een verdedigingsschild tegen binnenkomende pathogenen, vaak schimmels, oömyceten en bacteriën. Hoe veelzijdiger dit schild, des te lastiger het voor deze ziekteverwekkers wordt om binnen te dringen. Een grote microbiële diversiteit in bodem en plant wordt dikwijls als ‘gunstig’ geïnterpreteerd door onderzoekers in weerbaarheid tegen biotische stressfactoren. Echter, er is nog veel onbekend over de microbiële levensgemeenschappen in bodems en planten. Een één op één vertaalslag van bodem en plant microbiële diversiteit naar weerbaarheid is op dit moment nog niet te maken. De plant kan ‘zijn’ microbioom aanpassen. Dit gebeurt via uitscheiding van eenvoudige stoffen zoals suikers, aminozuren en organische zuren via de wortels, wortelexudatie genoemd. Micro-organismen uit de bodem worden aangetrokken door wortelexudaten en gebruiken deze stoffen om te groeien in de rhizosfeer en zich te vestigen op of in de wortel. Wanneer een plant wordt aangevallen door een belager, dan verandert de plant de samenstelling van het wortelexudaat, waardoor de plant kan sturen op ‘nuttige’ micro-organismen uit de bodem die de plant ondersteunen bij weerbaarheid. In de interacties tussen micro-organismen en planten speelt de genetica van de plant een belangrijke rol. Planten bezitten overerfbare eigenschappen die belangrijk zijn voor de samenwerking met micro-organismen. Dit is ook de reden dat verschillende cultivars van hetzelfde gewas anders kunnen reageren op microorganismen. Deze eigenschappen zijn nog nauwelijks onderzocht, maar zouden voor telers een belangrijk handvat kunnen zijn om weerbaarheid, op basis van microbioomsamenstelling, te kunnen sturen. Om effectief te zijn in weerbaarheid tegen biotische stressfactoren moet het microbioom in kunnen grijpen in de verschillende routes voor weerbaarheid die aanwezig zijn in planten. Om deze reden veronderstellen wij dat het microbioom ingrijpt in metabole processen in planten, maar andersom ook, dat de metabole samenstelling van planten bepalend zijn voor de samenstelling van het microbioom. Het microbioom en metaboloom van iedere plant is dus aan elkaar verbonden. Onderzoek naar de microbiële en metabole samenstelling van planten is de laatste jaren sterk verbeterd door nieuwe, snelle en grootschalige doorstroom technologieën. Hierdoor zijn wetenschappers beter in staat om complexe analyses op planten te verrichten. Naar verwachting zullen deze technologieën tot grote doorbraken leiden in de opheldering van biologische en chemische processen in planten. Inzet van deze moderne technologieën zullen daarom zeker tot nieuwe inzichten kunnen leiden in de weerbaarheid tegen biotische stressfactoren in planten. Samengevat zijn de belangrijkste punten uit dit verslag: • Er is veel fundamentele kennis over weerbaarheid tegen biotische stressfactoren bij de modelplant zandraket (Arabidopsis), maar de vertaalslag naar landbouwgewassen moet nog worden gemaakt. • De mechanismen van weerbaarheid zal binnen een plantengroep (bijvoorbeeld koolachtige gewassen) veel op elkaar lijken, maar dat hoeft niet het geval te zijn voor gewassen die buiten deze groep vallen. • Metabole routes in planten die leiden tot verhoogde weerbaarheid kan worden aangeschakeld door stoffen die aanwezig zijn in plantengroei-bevorderende middelen, zoals stoffen en extracten van natuurlijke oorsprong en bepaalde groepen van micro-organismen. • Het microbioom van de plant ondersteund weerbaarheid, maar werkingsmechanismen zijn op dit moment nog nauwelijks bekend.