Een veelzijdig glazen pottensysteem voor semihydroponische wortelexsudaatprofilering

Onze intensieve landbouwsystemen zijn gebaseerd op een hoge input van meststoffen en pesticiden. Dit is schadelijk voor het milieu en ook niet duurzaam. Belangrijke vragen in het onderzoek zijn dus hoe we deze inputs kunnen verlagen met behoud van de opbrengst van onze gewassen.

Een veelbelovende manier om dat te doen is om planten te voorzien van nuttige microben in het veld. Om dat echter met succes te kunnen doen, moeten we de complexe chemische overspraak tussen de partners begrijpen. We bestuderen deze interactie door te kijken naar wortelexudaten in ons lab.

We merken dat wortelexsudatie zeer dynamisch is. Het verschilt tussen plantensoorten, ontwikkelingsstadia en ook dagelijkse tijdstippen. Planten reageren ook op de aanwezigheid van verschillende soorten microben door hun metabolische profiel te veranderen.

Omdat wortelexsudaten voedingsstoffen en signalen zijn voor de microbiële gemeenschap, is het bestuderen van exsudatieprofielen cruciaal om te begrijpen hoe planten omgaan met microben in hun omgeving. Ontwikkelingen op het gebied van metabolomics, maar ook op het gebied van sequencingtechnologieën van de volgende generatie, brengen het gebied van de interactie tussen plantenmicrobioom echt vooruit. Het is duidelijk dat je een metabolomics-workflow nodig hebt om de verbinding of de verbindingen van belang in een bepaald systeem te detecteren.

En sequencingtechnologieën van de volgende generatie zijn echt essentieel om de structuur, maar ook de functie van plantenmicrobiomen te begrijpen. Het is ook erg handig om gespecialiseerde groeisystemen of vereenvoudigde groeisystemen te gebruiken, zoals degene die we hier presenteren, om de moleculaire mechanismen van interacties met plantenmicroben te begrijpen. Ons systeem kan steriel worden gehouden, maar we kunnen het ook inoculeren met doelmicro-organismen.

Een uitdaging die we hebben is het detecteren van metabolieten in lage concentraties in exsudaten. Als de achtergrond laag is, is het gemakkelijk om het te doen. Als we een veel complexere omgeving hebben, zoals de bodem, dan is het moeilijker.

Een andere uitdaging die onopgelost is, is wanneer we microben aan het beeld toevoegen. Dan is het niet mogelijk om onderscheid te maken tussen de stof die door planten of door de microben wordt geproduceerd. We hebben een systeem ontwikkeld dat goedkoop en redelijk eenvoudig is.

Het steriele ontwerp maakt opeenvolgende experimenten mogelijk. Eerst worden plantenmetabolieten weggegooid. Vervolgens worden planten geënt met microben en hier worden de veranderingen in het metabolietprofiel geëvalueerd.

Het maakt het ook mogelijk om gedurende een langere periode verschillende plantensoorten te laten groeien. Samengevat is dit systeem dus zeer geschikt voor vele toepassingen.