ENGINEERINGNET.BE - Ruim 70% van alle landplanten is afhankelijk van een verborgen, ondergrondse samenwerking met arbusculaire mycorrhiza (AM) schimmels.
Deze schimmels helpen planten bij hun voeding, versterken de gewasgezondheid en slaan grote hoeveelheden koolstof op in de bodem.
Ondanks hun cruciale rol in ecosystemen en de landbouw, zijn deze schimmels lange tijd genetische 'black boxes' gebleven: ze waren niet genetisch aan te passen, waardoor veel van hun biologische geheimen verborgen bleven.
“AM-schimmels zijn biologische bijzonderheden,” stelt systeemecoloog Vasilis Kokkoris van de Vrije Universiteit Amsterdam.
“Ze bestaan niet uit losse cellen zoals de meeste organismen, maar vormen een doorlopend, gigantisch celnetwerk, gevuld met voedingsstoffen, celkernen en andere organellen. Een coënocytisch, meerkernig systeem dat uitsluitend leeft in symbiose met planten. Hierdoor is het buitengewoon lastig om vreemd DNA in te brengen, laat staan dit gecontroleerd te bewerken.”
In hun studie stellen de wetenschappers dat het tijd is om deze uitdaging opnieuw aan te pakken. Dankzij nieuwe technieken voor genetische modificatie en de laatste biologische inzichten zijn er meer mogelijkheden dan ooit.
Methoden als CRISPR, micro-injectie en protoplasttransformatie, die eerder nog als ongeschikt werden gezien voor AM-schimmels, zouden nu een sleutelrol kunnen spelen in toekomstig onderzoek.
De auteurs schetsen strategieën om belangrijke uitdagingen aan te pakken, zoals het inbrengen van DNA en integratie ervan in een cel met meerdere kernen.
Ze laten ook veelbelovende ontwikkelingen zien die kunnen helpen om de beperkingen van de unieke celbiologie van AM-schimmels te omzeilen.
Denk hierbij aan nieuwe methoden waarmee het mogelijk wordt om AM-schimmels buiten een plant om te kweken en te manipuleren.
Verder worden de belangrijkste openstaande vragen en kennisgaten behandeld, die eerst nog moeten worden ingevuld om beter te begrijpen hoe de genen van deze bijzondere schimmels precies werken.
“Het is inmiddels bijna twintig jaar geleden dat er voor het laatst pogingen zijn gedaan om AM-schimmels genetisch te transformeren, en onze kennis over hun biologie is sindsdien enorm gegroeid,” zegt mede-onderzoeker Midge Woodward.
“In combinatie met nieuwe technieken zoals CRISPR is er een reële kans om de barrières te doorbreken die genetische manipulatie tot nu toe onmogelijk maakten.”
Een doorbraak in de genetische bewerkbaarheid van AM-schimmels kan de kennis over plant-schimmelrelaties, nutriëntencycli en microbiële ecologie erg veranderen. Het biedt ook grote kansen voor duurzame landbouw, koolstofopslag in de bodem en biotechnologische toepassingen.
Andere partners in het onderzoek zijn het Japanse instituut RIKEN en de Universiteit van Cambridge (VK).
