Wageningen, The Netherlands
November 16, 2023
It’s been 100 years since Wageningen University & Research (WUR) started working on phytopathology. Over the past century, the department has nurtured the careers of leading scientists and produced groundbreaking research in the field of plant disease. Researcher Joeke Postma and chair holder Gert Kema explain how their professional field has changed over the years, and discuss the specific developments that have driven those changes.
Controlling plant disease is crucial to food security. Viruses, fungi, and bacteria have the potential to devastate entire harvests, leading to severe famines. How exactly do pathogens cause disease in plants? And how can we make plants more resilient? "These questions have been the primary focus of the Phytopathology department for a century now. However, while the core challenge has remained consistent, Joeke Postma, a researcher at Wageningen Plant Research, notes significant changes in a myriad of related issues. “Just think of all the types of pathogens. Factors such as climate change and new types of agricultural systems have meant that lots of pathogens have emerged while others have vanished. Fungi and viruses are themselves also constantly evolving, partly as a result of the cultivation of new crop breeds and resistant varieties."
Faster data collection and processing
Postma first joined Wageningen in the late 1970s as a student. "One of the first research projects I worked on was about the ecology of soil pathogens. I was supervised by Gerrit Bollen on that. The question was whether adding compost to soils would make them able to suppress plant pathogens. The compost we used came from Belgium, because disease-suppressive compost wasn’t yet available in the Netherlands. I isolated as many micro-organisms out of the compost as I could. In order to identify fungi, I had to examine their morphological characteristics under a microscope. That was real drudgery. Identification based on DNA sequencing didn’t exist back then. The collection and processing of large quantities of data are much faster now."
Emergence and role of molecular technology
DNA sequencing is an example of molecular technology. The emergence of molecular technology has led to huge changes in the field of plant pathology research, says Gert Kema, chair holder in Phytopathology at WUR. "It has enabled us to look at and describe diversity in an entirely new way. This has led to some extraordinary findings. One of the most important results within our department came out of the work of the group led by my predecessor, Pierre de Wit. In the early 1990s, they were the first to clone a fungal avirulence gene. The gene is recognised by resistant varieties, which means those plants don’t get sick. This work has had a profound and lasting impact on phytopathology and plant breeding."
The emergence of molecular technology has enabled us to look at and describe diversity in an entirely new way.
Gert Kema
Greater focus on tropical crops
Kema started at Wageningen in 1982, conducting research on yellow rust in wheat. He also spent many years working on septoria leaf spot, and obtained his PhD on that topic under the supervision of Jan Zadoks. Since 2004, Kema has been part of a team doing research into banana diseases. "When I started doing that, my co-workers laughed at me. ‘What would we study bananas in Wageningen, they’re just a fruit!’ But bananas are a crucial food crop for millions of people around the world. That was something I really needed to explain to people. Now everyone thinks it’s great and they recognise the urgency. Over the past decade, the department has also started focusing more on other tropical crops, such as cocoa and oil palm. That kind of research requires really good collaboration with overseas partners, which is a lot easier now than it was in the 20th century."
Collaboration with other disciplines and partners in the field
These days, collaboration plays a big role overall at Wageningen. "Research into plant diseases requires not just knowledge of plants and pathogens, but also of ecology and soils, for example," says Postma. "We try to pool those areas of expertise as much as possible. When I was first starting out, you had to fight to collaborate with other disciplines. Personally, I always insisted that we needed to focus on soil life. I’m rather proud that there’s a broad consensus now within phytopathology on the importance of this. And certainly within Wageningen Research, we’re always looking for mutually beneficial opportunities with partners in the field. Those relationships enable us to work on the problems that are most relevant in practice, which then amplifies the impact of our research. Collaboration is also important because we’re increasingly dependent on private-sector funding."
I always insisted that we needed to focus on soil life. I’m rather proud that there’s a broad consensus now within phytopathology on the importance of this.
Joeke Postma
Sustained leadership in phytopathology
According to Kema, it’s difficult to state unequivocally the extent to which the department in Wageningen has contributed to combating plant disease over the past century. "First of all, it’s unrealistic to think that we can totally eradicate any plant disease across the whole world. At best we might be able to do so locally. Globalisation and climate change have only exacerbated the challenges. But eradicating diseases isn’t even our objective in the first place. We’re mainly focused on understanding the interaction between plants and pathogens, and on increasing the resilience of crops. And in that sense WUR has long been a leading player in the research world, not least in the field of diseases affecting grains and potatoes."
A better understanding of infection and protection processes
Finally, what developments do the researchers expect to play a prominent role in phytopathology over the next few years? Postma expects that micro-level research will be one of the drivers of the field. "At the moment we often work with composite soil samples where everything is homogenised. But that doesn’t allow you to observe the physical interactions between a fungus, other soil organisms, the soil matrix and a plant’s root system. If we had a better understanding of that, we would develop a better understanding of the processes of infection and the protection provided by soil life."
Artificial chromosomes and data integration
Kema is impressed by the development of artificial chromosomes. "If we see success in the further development of those, we may be able to simulate resistance genes. Aside from that, I also expect artificial intelligence (AI) to trigger major changes. I also see a lot of potential within multidisciplinarity and data integration. If you were to integrate information about things like the weather, soil, fungi and plants into a single platform, you’d get an even clearer perspective of the levers you need to turn in order to increase crop resilience or productivity. There’s still so much to discover and improve, and that’s what makes this field so fascinating and forever relevant."
100 jaar fytopathologie: hoe Wageningen al een eeuw vooroploopt in plantenziektekunde
Fytopathologie aan Wageningen University & Research (WUR) bestaat 100 jaar. De vakgroep heeft vooraanstaande wetenschappers voortgebracht en baanbrekend onderzoek opgeleverd op het gebied van plantenziekten. Onderzoeker Joeke Postma en leerstoelhouder Gert Kema vertellen hoe ze hun vakgebied in de loop der jaren zagen veranderen en welke ontwikkelingen hierbij een belangrijke rol speelden.
Bestrijding van plantenziekten is cruciaal voor de voedselzekerheid. Virussen, schimmels en bacteriën kunnen hele oogsten vernietigen en zo grote hongersnood veroorzaken. Hoe maken pathogenen planten precies ziek? En hoe maken we gewassen weerbaarder? Deze vragen staan al een eeuw centraal binnen de vakgroep Fytopathologie. Het vraagstuk mag dan al decennialang dezelfde zijn, vele zaken daaromheen zijn sterk veranderd, zegt Joeke Postma, onderzoeker bij Wageningen Plant Research. “Denk alleen al aan het soort pathogenen. Door onder meer klimaatverandering en veranderde landbouwsystemen zijn er vele soorten bijgekomen en verdwenen. Schimmels en virussen evolueren zelf ook voortdurend, onder meer door de teelt van nieuwe veredelde en resistente rassen.”
Verzameling en verwerking data versneld
Postma kwam eind jaren 70 in Wageningen terecht als student. “Een van de eerste onderzoeken waar ik aan meewerkte, was naar de ecologie van bodempathogenen. Hierin werd ik begeleid door Gerrit Bollen. De vraag was of je bodems ziektewerend kon maken tegen plantenpathogenen door compost toe te voegen. Deze compost haalden we uit België, want in Nederland was nog geen ziektewerende compost beschreven. Uit de compost isoleerde ik zoveel mogelijk micro-organismen. Voor identificatie van schimmels moest ik onder de microscoop naar de morfologische eigenschappen kijken. Dat was echt monnikenwerk. Identificatie op basis van DNA-sequenties bestond toen nog niet. Het verzamelen en verwerken van grote hoeveelheden data gaat nu vele malen sneller.”
Opkomst en rol moleculaire technologie
DNA-sequentie is een voorbeeld van moleculaire technologie. De komst van moleculaire technologie zorgde voor een gigantische verandering in het plantenziektekundig onderzoeksveld, vertelt Gert Kema, leerstoelhouder Fytopathologie aan de WUR. “Het stelde ons in staat op een hele nieuwe manier naar diversiteit te kijken en die te beschrijven. Dat heeft tot enorme vondsten geleid. Eén van de belangrijkste resultaten bij onze vakgroep was het werk van de groep van mijn voorganger Pierre de Wit. Zij kloneerden begin jaren 90 als eersten een schimmelavirulentiegen. Dit gen wordt door resistente rassen herkend, waardoor een plant niet ziek wordt. Dit werk heeft de fytopathologie en plantenveredeling blijvend veranderd.”
De komst van moleculaire technologie stelde ons in staat op een hele andere manier naar diversiteit te kijken en die te beschrijven.
Gert Kema
Meer aandacht tropische gewassen
Kema startte in 1982 in Wageningen met onderzoek naar gele roest in tarwe. Daarnaast werkte hij vele jaren aan septoria bladvlekkenziekte, waarop hij onder Jan Zadoks promoveerde. Sinds 2004 doet Kema met een team onderzoek naar bananenziekten. “Toen ik daarmee begon, lachten collega’s me uit. ‘Wat moeten we in Wageningen met bananen, dat is toch gewoon fruit?’ Maar voor miljoenen mensen in de wereld zijn bananen een heel belangrijk voedselgewas. Dat moest ik toen echt nog uitleggen. Nu vindt iedereen het fantastisch en wordt de urgentie breed gezien. Binnen de vakgroep is de laatste decennia ook voor andere tropische gewassen, zoals cacao en oliepalm, meer aandacht gekomen. Zulk onderzoek vraagt om stevige samenwerkingen met partners in het buitenland. Dat is tegenwoordig een stuk makkelijker dan in de vorige eeuw.”
Samenwerken met andere disciplines en praktijkpartners
Samenwerking speelt vandaag de dag sowieso een grote rol in Wageningen. Postma: “Onderzoek naar plantenziekten vraagt niet alleen kennis van planten en pathogenen, maar ook van bijvoorbeeld de ecologie en de bodem. Die expertises proberen we zoveel mogelijk te bundelen. In mijn begintijd moest je samenwerking met andere disciplines nog bevechten. Zelf heb ik me altijd hardgemaakt voor aandacht voor het bodemleven. Dat het belang hiervan nu breed wordt gedragen binnen de fytopathologie maakt me best trots. Daarnaast zoeken we – zeker bij Wageningen Research – voortdurend naar kruisbestuivingen met partners uit het veld. Hierdoor kunnen we werken aan relevante praktijkproblemen en zo de impact van onderzoek vergroten. Verder is samenwerking van belang omdat we in toenemende mate afhankelijk zijn van financiering uit de markt.”
Ik heb me altijd hardgemaakt voor aandacht voor het bodemleven. Dat het belang hiervan nu breed wordt gedragen binnen de fytopathologie maakt me best trots.
Joeke Postma
Altijd vooropgelopen in de fytopathologie
Op de vraag in hoeverre de vakgroep in Wageningen de afgelopen eeuw heeft bijgedragen aan de bestrijding van plantenziekten is volgens Kema lastig eenduidig antwoord te geven. “Vooropgesteld: het is een illusie te denken dat we een plantenziekte helemaal de wereld uitkrijgen. Dat lukt hoogstens op lokale schaal. Door globalisering en klimaatverandering zijn de uitdagingen alleen maar groter geworden. Maar het uitroeien van ziekten is ook niet ons doel. Onze focus ligt vooral op het begrijpen van de interactie tussen planten en pathogenen en het vergroten van weerbaarheid van gewassen. En op dat vlak zijn we met de WUR, onder meer op het gebied van bijvoorbeeld graan- en aardappelziekten, al lange tijd een vooraanstaande speler in de onderzoekswereld.”
Processen infectie en bescherming beter begrijpen
Welke ontwikkelingen zien de onderzoekers de komende jaren een prominente rol vervullen binnen de fytopathologie? Postma verwacht dat onderzoek op microschaal het vakgebied een boost kan geven. “We werken nu vaak met mengmonsters van de bodem waarin alles gehomogeniseerd is. Maar daarmee kun je niet zien hoe interacties tussen een schimmel, andere bodemorganismen, de bodemmatrix en de plantenwortel ruimtelijk plaatsvinden. Als we dat beter in beeld hebben, kunnen we de processen van infectie en bescherming door het bodemleven veel beter begrijpen.”
Kunstmatige chromosomen en integratie van data
Kema vindt de ontwikkeling van kunstmatige chromosomen indrukwekkend. “Als men erin slaagt die uit te ontwikkelen, kunnen we mogelijk resistentiegenen nabootsen. Verder verwacht ik dat kunstmatige intelligentie (AI) grote veranderingen teweeg zal brengen. Ook zie ik nog grote mogelijkheden voor multidisciplinariteit en data-integratie. Als je informatie over bijvoorbeeld het weer, de bodem, schimmels en planten kunt integreren in één platform kun je nog beter zien aan welke knoppen je kan draaien om de weerbaarheid of productiviteit van gewassen te vergroten. Er valt nog zoveel te ontdekken en verbeteren, dat maakt dit vakgebied zo mooi en blijvend relevant.”
Topics
Species
