“Investigating the Zinc Homeostasis Network in Suillus luteus: Zinc Transporters”
De ondergrondse redder van dennenbomen in Noord-Limburg
Vele zandgronden in het Noorden van Limburg zijn zwaar vervuild met zink, cadmium en lood door de jarenlange metaalverwerkende industrie in deze regio. Ondanks het feit dat de meeste van deze zinkfabrieken gesloten zijn of een betere milieukwaliteitszorg hebben aangewend, blijft de vervuiling een belangrijk probleem. Niet alleen wordt de plaatselijke fauna en flora door deze vervuiling aangetast, ook de menselijke gezondheid loopt gevaar. Studies hebben namelijk reeds kunnen aantonen dat er een verhoogde kankerincidentie in deze regio is.
Omdat deze regio vooral gekenmerkt wordt door zanderige bodems, kan de vervuiling gemakkelijk door de wind worden verspreid. Een mogelijke “groene” oplossing voor dit probleem is fytostabilisatie. Deze duurzame techniek gebruikt planten om de vervuiling vast te leggen en om een verdere verspreiding te voorkomen. Erosie door water en wind zal immers verhinderd worden door een gesloten vegetatiedek en uitgebreid wortelsysteem. Echter een belangrijk probleem bij het toepassen van deze techniek is erin slagen om planten ook effectief te laten groeien en overleven op deze vervuilde sites. In Noord-Limburg zijn de metaalconcentraties in de bodem immers zo hoog dat ze toxisch zijn voor de meeste planten. Een plant die echter geen hinder van deze vervuiling lijkt te ondervinden is Pinus sylvestris, de grove den. Deze soort wordt vaak teruggevonden op vervuilde sites en onderzoekers vroegen zich natuurlijk af hoe dit kwam.
Onderzoek van de Universiteit Hasselt toonde aan dat de dennen op hun eigen niet in staat zijn om te overleven op de vervuilde sites. Zij danken hun overleving aan de samenwerking met de mycorrhizaschimmel Suillus luteus, beter gekend als de bruine ringboleet. Suillus luteus leeft – net als andere mycorrhizaschimmels – in symbiose met planten samen. De plant en de schimmel gaan samen dit partnerschap aan omdat ze hier beiden voordeel uit halen. De plant voorziet de schimmel van suikers en krijgt in ruil hiervoor nutriënten van de schimmel. Van sommige mycorrhizaschimmels is tevens geweten dat zij hun gastheerplant tegen pathogenen beschermen. Onze schimmel, Suillus luteus, is echter nog een stapje verder gegaan. Bepaalde individuen van deze soort kunnen hun gastheerplant zelfs van zinkvervuiling vrijwaren. Dit doen ze door terug te vallen op een efficiënt zink exclusiemechanisme dat waarschijnlijk het gevolg is van een bepaalde mutatie in een gen van Suillus luteus. Hierbij wordt het overgrote deel van zink dat in de cellen terechtkomt terug naar buiten gewerkt.
Het gebruik van deze zinktolerante Suillus luteus isolaten kan dus bijgevolg bijdragen aan een succesvolle fytostabilisatie van zinkvervuilde gebieden in Noord-Limburg. Maar om deze toepassing zo efficiënt mogelijk uit te voeren is het belangrijk om het tolerantiemechanisme eerst voldoende te begrijpen. Het was dit tolerantiemechanisme dat ik in mijn masterthesis heb onderzocht door eerst de algemene zinkhuishouding van Suillus luteus op niveau van de cel in kaart te brengen. Bepaalde families van zinktransporter proteïnen werden in kaart gebracht en de activiteit van hun genen werd geëvalueerd. Er werden een aantal interessante genen ontdekt die een verschillende activiteit hadden tussen zink- tolerante en sensitieve Suillus luteus stammen. Dit verschil in genactiviteit wijst erop dat deze genen betrokken kunnen zijn bij de zinktolerantie. Verder onderzoek is echter nodig om dit uit te wijzen, want het verschil in genactiviteit kan natuurlijk ook een gevolg zijn van het tolerantiemechanisme i.p.v. de oorzaak. Het gen verantwoordelijk voor het tolerantie mechanisme kan immers de activiteit van andere genen beïnvloeden. Deze genen kunnen hierdoor een verschillende activiteit hebben in tolerante en sensitieve schimmels, maar niet rechtstreeks betrokken zijn bij het tolerantiemechanisme.
Naast het zinktolerantiemechanisme en de fytostabilisatietoepassing is het ook interessant om Suillus luteus als soort te bestuderen. Deze schimmel is immers een typische pionierssoort die als eerste nieuwe gebieden gaat koloniseren. En doordat deze soort in staat moet zijn om in een brede range van omgevingen te kunnen overleven is er een zeer grote genetische variabiliteit binnen de soort. Bij de kolonisatie van nieuwe gebieden worden dan de individuen met het gunstigste genenarsenaal door het milieu geselecteerd. Dit was ook zo in de zinkvervuilde gebieden. Op korte tijd ontwikkelden zich hier zinktolerante subpopulaties van Suillus luteus. Individuen werden geselecteerd op basis van hun zinktolerantie, want anders konden ze niet overleven. Vorig onderzoek toonde aan dat deze tolerantie waarschijnlijk het gevolg is van een mutatie in één gen. Hierdoor wordt het fenomeen van het ontwikkelen van zinktolerante subpopulaties beschouwd als een geval van micro-evolutie. Het prefix “micro” in deze term slaat terug op de korte tijdsspanne waarin deze ontwikkeling plaatsvond. De term evolutie kan dan weer worden toegepast omdat de nieuwe subpopulatie van zinktolerante schimmels genetisch verschillend is van de oorspronkelijke populatie.
In een dennenbos kan er dus veel meer aan de hand zijn dan op het eerste gezicht lijkt! Er zullen ongetwijfeld velen zijn die bij een wandeling in de natuur niet zullen stilstaan bij een eenzame paddenstoel, hoewel deze vaak een belangrijke rol speelt binnen het ecosysteem. De paddenstoel die wij zien maakt immers maar een klein deel van de mycorrhizaschimmel uit. Deze paddenstoel is eigenlijk een voortplantingslichaam van de schimmel, terwijl het echte schimmellichaam, het mycelium, zich ondergronds bevindt. Dit mycelium bestaat uit uitgebreide netwerken van schimmeldraden, die bij mycorrhizaschimmels onder meer instaan voor de bevoorrading van de plant met nutriënten of hem beschermen tegen schadelijke stoffen.
We kunnen dus concluderen dat het bestuderen van iets wat in eerste instantie misschien onbeduidend lijkt, soms toch belangrijk en nuttig kan zijn. Verder onderzoek is echter nodig vooraleer we Suillus luteus optimaal kunnen gebruiken voor de stabilisatie van vervuilde gebieden, maar de basis voor deze toepassing is wel al gelegd.
Laura Coninx
Universiteit Hasselt
Oktober 2013
