Karakterisering en sturing van een zeer gewenst maar sporadisch bodem fenomeen: biologische onderdrukking van plantparasitaire a

Karakterisering en sturing van een zeer gewenst maar sporadisch bodem fenomeen: biologische onderdrukking van plantparasitaire a

Organisatie-onderdeel

TKI TU

Projectcode

LWV20338

MMIP

Landbouw, Water, Voedsel>A. Kringlooplandbouw>A2. Gezonde, robuuste bodem en teeltsystemen gebaseerd op agro-ecologie en zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater

Startdatum

19/05/21

Einddatum

30/06/25

Samenvatting

Dit project beoogt kennis te genereren die de transitie van sporadisch lokaal verschijnsel - de natuurlijke onderdrukking van aardappelcystenaaltjes en/of wortelknobbelaaltjes door het bodem microbiome - tot een management tool mogelijk maakt.

Doel van het project

KIA: MU 2. Landbouw en Voeding – innovatiethema: Duurzame plantaardige-, dierlijke- en aquatische productie: resistent en stressbestendig uitgangsmateriaal, ecologisch houdbaar, gezonde bodem, plant- en diergezondheid, optimaal dierenwelzijn, biodivers, eiwittransitie.
Dit project draagt bij aan het behoud en herstel van gezonde bodems. Plantparasitaire nematode worden van oudsher bestreden met hulp van fumigantia (zeer breed werkende biocides), en nematiciden die een zeer algemeen voorkomende neurotransmitters als aangrijpingspunt hebben (acetylcholine). Het gebruik hiervan is zo wel vanuit menselijk gezondheidsoverwegingen, als vanuit bodem-biologisch perspectief ongewenst. Dit project gaat bijdragen aan de ontwikkeling van een nieuw handvat voor de bestrijding van plantparasitaire aaltjes – de inzet van het ziekten-onderdrukkend vermogen van de bodem zelf.
MMIP - A2. Gezonde, weerbare bodem- en teeltsystemen, gebaseerd op agro-ecologie en zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater.
Dit project gaat over het activeren en maximaliseren van het ziekten-onderdrukkend vermogen van bodem ten aanzien van twee notoire groepen planten-parasitaire nematoden: wortelknobbelaaltjes en aardappelcystenaaltjes. Het sluit daarmee naadloods aan bij MMIP A2.

Relatie met missie (Motivatie)

MMIP - A2. Gezonde, weerbare bodem- en teeltsystemen, gebaseerd op agro-ecologie en zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater.
Weerbaarheid van bodems is een sporadisch verschijnsel, waar in het verleden veel onderzoek naar gedaan is, maar wat tot op heden niet tot toepassingen geleid heeft. Waarom zou het nu wel kunnen lukken? We gaan in dit project zowel de aanwezige (residente, DNA niveau) en de actieve (RNA niveau) fracties van de bacterie, schimmel, protisten en nematoden-gemeenschappen in kaart brengen. In het verleden is dit verschijnsel – veelal vanwege technische beperkingen – nooit zo breed en zo grondig onderzocht.
De tweeledige aanpak (RNA en DNA) is nodig omdat we zowel de potentiële weerbaarheid (DNA) en de gerealiseerde (RNA) weerbaarheid in kaart willen brengen. Ondanks de zeer grote diversiteit van de bodem kan dit nu, en bio-informatica gereedschappen zijn ook ver genoeg ontwikkeld om deze data sets te kunnen analyseren. Daarnaast lijkt het waarschijnlijk dat een complex aan antagonisten ten grondslag ligt aan weerbaarheid (en niet een een-op-een relatie tussen pathogeen en antagonist), en ook dit kunnen we met de voorgestelde aanpak. We beschouwen en analyseren bodem-weerbaarheid als een ‘trait’ van de microbiële gemeenschap. We betogen dat een degelijke, zeer brede aanpak nodig is om bodemweerbaarheid tot een stuurvariabele te maken.

Geplande acties

Dit voorstel beoogt kennis te genereren die de transitie van sporadisch lokaal verschijnsel - de natuurlijke onderdrukking van aardappelcystenaaltjes en/of wortelknobbelaaltjes door het bodem microbiome - tot een management tool mogelijk maakt.
Beoogde resultaten:
A. Het in kaart brengen van het biotisch complex dat het aaltjes-onderdrukkend vermogen van bodems verklaart.
B. Identificatie van variabelen die het best verschillende niveaus van aaltjes-onderdrukking verklaren.
C. Validatie van een verklarend model waarin de onder B. geïdentificeerde variabelen zijn ondergebracht.

Jaar 1: Pilotjaar - Contact met erfbetreders via private partners in de belangrijkste aardappel-producerende gebieden in Nederland (via project partner HLB). Identificatie van minimaal *bonte vijf percelen waarbij er een gereed en gedocumenteerd vermoeden is dat er sprake is van lokale ziektenonderdrukking. Het verzamelen van zo gedetailleerd mogelijke abiotische en agronomisch informatie van ieder geselecteerd perceel, daarbij gebruik makend van de databases van HLB.
*percelen waarbinnen om vooralsnog onduidelijke redenen lokaal minder schade aan het gewas door wortelknobbelaaltjes of aardappelcystenaaltjes wordt waargenomen dan op grond van de overall ziekten-druk zou mogen worden verwacht
- Analyse van het volledige microbioom van perceel V – een perceel in Noord Holland waarvan eerder door het HLB is aangetoond dat het een hoge mate van ziektenwerendheid heeft ten aanzien van wortelknobbelaaltjes
Jaar 2: Eerste volledig sampling seizoen. Identificatie van 10 bonte percelen in de belangrijkste aardappel-producerende gebieden in Nederland: Friesland, Noord Oost Groningen en de Flevopolders. Het verzamelen van zo gedetailleerd mogelijke abiotische en agronomisch informatie van ieder geselecteerd perceel. Nemen van grondmonsters.
- Isolatie van RNA direct uit de bodem. Van het RNA is 80% ribosomaal (r) RNA dit vertelt welke organismen er aanwezig zijn, en 2-3% uit messenger RNA, dit vertelt welke functies er vervuld worden. Total RNA wordt omgezet in cDNA. Novaseq sequencing (2x 250 bp) total cDNA zonder dat hier een ampificatie stap aan te pas komt. Het aantal sequenties dat een NovaSeq genereert is zo groot dat er ook zonder specifieke amplificatie gekomen kan worden tot goed overzicht van het totale actieve bodemleven. Het random mee-sequencen van mRNA heeft geeft een goed beeld van de metabolische activiteit in de bodem.
- Novaseq sequencing levert 350 – 400 Gb aan data op per cell. Na paired-end Illumina sequencing, worden de gefilterd en getrimmed met behulp van het R pakket DADA2. In de laatste stap van de DADA2 pijplijn worden de bijeen passende forward en reverse reads. Uiteindelijk worden chimeras gedetecteerd en eruit gehaald end dit resulteert in de vorming Amplicon Sequence Variant (ASVs) tabel. Taxonomische classificatie wordt gedaan door BLAST tegen de Silva database voor bacteriën, schimmels (plus UNITE), en metazoan, gecomplementeerd met de PR2 database voor protozoa. Vervolgens wordt er een phyloseq object is gemaakt met behulp van phyloseq (een R packet). Dit pakket combineert informatie uit ASV tabel wet taxonomische data en metadata. De phyloseq objecten worden vervolgens gebruikt voor statistische analyses.
Jaar 3: Tweede Volledig sampling seizoen. Behelst weer als in jaar 2. Het is van belang op te merken dat aardappel nooit twee keer achter elkaar op hetzelfde perceel verbouwd wordt. Daarom zal in jaar 2 gezocht worden naar bonte aardappel-percelen in de direct omgeving. Indien die niet gevonden worden zal worden teruggevallen op de oorspronkelijk percelen met een ander gewas. In het geval van de polyfage wortelknobbelaatjes bij voorkeur een gewas wat ook als waard fungeert voor dit pathogeen.

Jaar 4: MWAS – een “microbiome-wide association study”. We behandelen hierbij de RNA voetafdruk van het bodemleven als een metagenoom. We gaan kijken welke delen van dit metagenoom geassocieerd zijn met het ziektenonderdrukkend vermogen van een bodem ten aanzien van wortelknobbelaaltjes of aardappelcystenaaltjes. Daarnaast gaan we analyseren welke abiotische en agronomisch variabelen geassocieerd zijn met het onderdrukkend vermogen van de betreffende bodems. Ontwerp van een voorspellend model voor specifieke ziektenonderdrukking. Dit model geeft aan welk complex van bodemorganismen actief moet zijn opdat er sprake kan zijn van onderdrukking van wortelknobbel- en/of aardappelcystenaaltjes.
- Validatie van het voorspellend model voor specifieke ziektenonderdrukking. Aan de hand van de meest voorspellende stuurvariabelen zal nagaan worden in hoeverre de optimalisatie van deze specifieke variabelen leiden tot een toename van het onderdrukkend vermogen van deze percelen.

Naam projectleider

Stefan Geisen