Endofytische schimmels die in de bladeren leven, versterken de chemische afweer van zwarte populieren en beïnvloeden de interacties tussen insectenpopulaties die in bomen leven.
Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie en de Universiteit van Kiel rapporteren in een recent onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Ecology Letters, over de invloed van een endofytische schimmel van het geslacht Cladosporium op de afweer van zwarte populieren tegen plantenetende insecten. Deze schimmel, die in de bladeren leeft, verhoogt niet alleen de productie van afweerstoffen in de bomen, maar produceert zelf ook een alkaloïde die de bomen beschermt tegen vraatschade door herbivoren. Bovendien kon het onderzoeksteam in veldstudies aantonen dat de aanwezigheid van de schimmel de samenstelling van insectengemeenschappen in jonge zwarte populieren beïnvloedt. Zo kunnen bladluizen die op de bomen leven de afweerstof van de schimmel in hun honingdauw uitscheiden en daardoor minder vaak door mieren worden bezocht.
Endofyten zijn micro-organismen die in planten leven. Sommige van deze organismen, voornamelijk bacteriën of schimmels, veroorzaken ziekten bij planten, terwijl andere geen schadelijke effecten hebben of zelfs gunstig zijn. Eerdere studies naar endofytische schimmels in bepaalde grassoorten hebben aangetoond dat deze schimmels de grassen voorzien van afweerstoffen tegen herbivoren. Of dit ook geldt voor bomen is slechts zelden onderzocht. De huidige studie onderzocht de invloed van een endofytische schimmel van het geslacht Cladosporium op de afweer tegen herbivoren van de zwarte populier ( Populus nigra) en de effecten ervan op de insectengemeenschappen van populieren.
"We onderzochten de invloed van de endofyt op de chemische afweer van zwarte populieren en de gevolgen voor de voedselvoorkeur en -fitness van herbivore insecten, evenals de samenstelling van de insectengemeenschap op jonge bomen in het veld. Uit eerdere studies wisten we al dat plantpathogene roestschimmels voordelen bieden aan herbivore insecten. Nu waren we geïnteresseerd in een endofytische schimmel waarvan de rol in de interacties tussen populieren en insecten nog grotendeels onontgonnen is", legt hoofdauteur Christin Walther uit over het uitgangspunt van de studie.
De onderzoekers ontdekten dat kolonisatie met de schimmelendofyt de natuurlijke afweer van de populieren versterkt, evenals de afweer die wordt geactiveerd door insectenschade. In laboratoriumexperimenten gaven de larven van de rups van de zigeunermot *Lymantria dispar* , een algemene plaag die verschillende bomen aantast, de voorkeur aan onbesmette bladeren en ontwikkelden zich daar beter. "We konden aantonen dat *Cladosporium* de plant helpt zich te verdedigen tegen herbivoren. De schimmel verandert het chemische afweerprofiel van de plant en ondersteunt dit verder met een zelfgeproduceerde afweerstof", aldus Christin Walther.
Met behulp van geavanceerde chemisch-analytische methoden, de zogenaamde metabolomics-benadering , die de metabolische producten in de bladeren analyseert, konden de wetenschappers aantonen dat een infectie met de schimmel het metaboloom van de populier verandert, oftewel de stoffen die in de populier worden geproduceerd. Specifieke afweerstoffen zoals salicinoïden (salicine, nigracine) en fenolzuren (cafeïnezuur) werden in verhoogde hoeveelheden geproduceerd in aanwezigheid van de schimmel. Salicinoïden zijn, samen met tannines, de belangrijkste natuurlijke afweerstoffen die populieren produceren om zichzelf te beschermen. Salicinoïden zijn bijzonder effectief tegen insecten die niet alleen populieren eten, maar ook plagen van andere planten. Ze weren niet alleen schadelijke insecten af, maar hebben ook een negatieve invloed op de overlevingskansen van insecten die zich voeden met chemisch verdedigde bladeren.
Uit de analyse bleek dat de schimmel zelf een effectieve afweerstof aanmaakt, de alkaloïde stachydrine. Experimenten met stachydrine lieten zien dat de werkzame stof uit de endofyt effectief was tegen zowel generalisten als de borstelmot. Orgyia antiqua evenals populierenspecialisten zoals de populierenbladkever Chrysomela tremulae schrikt af.
"Voor ons was het bijzonder spannend om te zien dat de schimmel een alkaloïde kan produceren die we in de plantenmatrix kunnen detecteren en dus kunnen gebruiken als marker voor de aanwezigheid van de schimmel. We hebben deze stof zelfs aangetroffen in de bladeren van oude bomen in het veld", zegt onderzoeksleider Sybille Unsicker, hoofd van de onderzoeksgroep 'Plant-Environment Interactions' aan het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie en sinds 2023 hoogleraar aan de Universiteit van Kiel.
De wetenschappers hanteerden een holistische onderzoeksaanpak. Naast chemische analyses van laboratoriumplanten met en zonder de endofytische schimmel en de bijbehorende voedingsexperimenten, onderzochten ze hoe Cladosporium de chemische ecologie van zwarte populieren in het veld beïnvloedt.
Een andere interessante bevinding van dit onderzoek is een observatie die de onderzoekers tijdens veldonderzoek deden. De endofytische schimmel lijkt ook de interacties tussen bladluizen en mieren die jonge zwarte populieren koloniseren te beïnvloeden. Dit is een mutualistische relatie , een symbiose die zowel de mieren ten goede komt, die de honingdauw van de bladluizen drinken, als de bladluizen, die door de mieren tegen roofdieren worden beschermd. Planten die eerder met de endofyt waren geïnfecteerd, werden vaker door bladluizen gekoloniseerd, maar minder vaak door mieren. Dit komt waarschijnlijk door de concentratie stachydrine in hun honingdauw. "De schimmel lijkt zelfs in staat een mutualistische relatie tussen mieren en bladluizen te manipuleren. Verder onderzoek is nodig om precies te achterhalen wat hier gebeurt", aldus Christin Walther.
Onderzoek naar het microbioom van een boom – het geheel van micro-organismen waarmee de boom verbonden is – is belangrijk om de complexiteit van de co-evolutie van bomen en andere levende organismen waarmee ze interacteren te begrijpen. De huidige studie is slechts het begin van een breed onderzoeksgebied dat nog veel meer interessante vragen oproept. Verder onderzoek moet verduidelijken hoe de schimmel zich in de plant verspreidt en of deze de plant niet alleen beschermt tegen insectenvraat, maar mogelijk ook tegen ziekteverwekkers. Een andere interessante vraag is of de relatie tussen zwarte populier en Cladosporium een symbiotische relatie is, waarbij de schimmel juist baat heeft bij het samenleven met de boom, of dat er omstandigheden zijn waaronder de schimmel van een partner verandert in een bedreiging voor de boom.
“Steeds meer bewijs ondersteunt de opvatting dat bomen holobionten zijn , een gemeenschap van diverse levende organismen. Een boom is nooit een enkel individu, maar een complex meta-organisme, bevolkt in al zijn organen door micro-organismen en geleedpotigen. Voor ons is de boeiende vraag welke bijdrage deze micro-organismen leveren aan de co-evolutie van bomen en plantenetende insecten. Onze resultaten vormen uiteraard slechts een kleine bijdrage aan het begrip van deze complexe interacties”, vat Sybille Unsicker samen.
oorspronkelijke publicatie
Walther, C., Vallet, M., Reichelt, M., Giri, P., Rothe, B., Negwer, JE, Medina van Berkum, P., Gershenzon, J., Unsicker, SB (2025). Een schimmelendofyt verandert de chemie van populierenbladeren, bepaalt de voeding van insecten en vormt de samenstelling van de insectengemeenschap. Ecology Letters, 28:e70007
Lees ook
Cacao: het enten van oude bomen kan ontbossing overbodig maken | Pugnalom
Veel macadamianoten dankzij samenwerking tussen dieren | Pugnalom
