Vernieuwde resistentie tegen de druifluis

Druifluis, phylloxera, de grote plaag van Europa is weer terug! De huidige wijnstokken zijn niet resistent tegen nieuwe druifluis populaties en een nieuwe crisis lijkt aanstaande. Nieuwe onderstokken met een bredere resistentie zijn hard nodig. Genetische studies lijken uitkomst te gaan bieden in het ontwikkelen en tot stand laten komen van deze onderstokken met een hogere resistentie tegen de druifluis.

De druifluis – ook wel Daktulosphaira vitifoliae, Phylloxera vastatrix, of Viteus vitifoliae genoemd – hebben een sterke voorkeur voor de Vitis Vinifera wijnstokken en tasten zowel de wortels als de bladeren aan (Figuur 1). De plant raakt hierdoor verzwakt, bladeren sterven af, en wortels worden misvormt. Met name de aantasting aan de wortels zorgt er voor dat de wijnstok uiteindelijk binnen een paar jaar dood gaat. In het einde van de 19e eeuw heeft de druifluis gezorgd voor een bijna volledige vernietiging van het wijnbouwareaal in Europa. Men merkte echter op dat de wijnstokken afkomstig uit Noord-Amerika niet gevoelig waren voor deze gevleugelde vrienden. Sindsdien worden deze resistente Noord-Amerikaanse druivensoorten daarom gebruikt als onderstok waarop de Europese druivenrassen worden geënt. Tot op heden wordt dit in vrijwel alle wijngaarden ter wereld toegepast om aantasting van de wortels door de Phylloxera druifluis tegen te gaan.

Zeven biotypen

De druifluis heeft zich echter aangepast, en de resistentie van de huidige onderstammen is niet meer volledig. Door het wijdverspreide gebruik van onderstammen ontstond er een selectiedruk op de druifluis en ontwikkelden zich nieuwe druifluispopulaties die waren aangepast om zich ook te voeden en voortplanten op deze onderstokken. Tot op heden zijn er inmiddels zeven druifluispopulaties bekend – biotype A t/m G genoemd – die genetisch telkens net iets anders zijn. Onderstammen zoals de SO4, 5BB Kober en 420A (alle kruisingen van Vitis berlandieri met Vitis riparia) zijn erg resistent tegen biotype A, maar niet of minder tegen de nieuwe biotypen B t/m G. De nieuwe biotypen zorgen ervoor dat er (wederom) grootschalige sterfte van wijnstokken optreedt, met grote economische schade tot gevolg. Er is dus behoefte aan de ontwikkeling van nieuwe onderstammen die een hogere, of liefst volledige, resistentie hebben tegen de nieuwe druifluispopulaties.

Onderzoek naar resistentie

Onderzoekers proberen de stukken DNA in de wijnstok te identificeren die zorgen voor de resistentie tegen de druifluis. Dit is namelijk handig bij het maken nieuwe en resistenter onderstokken, zodat bij een nieuwe kruising meteen gecontroleerd kan worden of het juiste stuk DNA aanwezig is. Dit is een stuk sneller dan de veldstudies die moeten laten zien of er inderdaad resistentie optreedt. Eerder onderzoek heeft al aangetoond dat er een stuk DNA (genaamd RESISTANCE DAKTULOSPHAIRA VITIFOLIAE 1; RDV1) aanwezig is in de Börner onderstam (Vitis cinerea x Vitis riparia) die zorgt voor een verhoogde resistentie tegen de druifluis van (waarschijnlijk) het biotype C.

Onderzoek naar meer resistentie

Het RDV1 gen zoals hierboven beschreven is afkomstig uit de Vitis cinerea, maar deze is ook resistent tegen andere druifluispopulaties zoals biotype A. In Australië hebben ze veel minder gebruik gemaakt van de onderstokken zoals in Europa, waardoor de druifluis van het biotype A daar nog volop aanwezig is. Om de resistentie tegen de meestvoorkomende biotype A druifluis daar te bekijken heeft een Australische onderzoeksgroep de Vitis cinerea C2-50 gekruist met Vitis vinifera Riesling. De planten die hieruit voortkwamen – de zogenaamde F1 generatie – bevat de helft van het DNA van elk van de ouders. Van de 90 planten die zo gekruist zijn, waren er 46 resistent tegen de druifluis waarmee ze geïnfecteerd waren (biotype A). Enkel de F1 planten die het juiste stuk DNA van de Vitis Cinerea C2-50 hebben geërfd kunnen resistent zijn. De Vitis Vinifera Riesling heeft namelijk geen enkele resistentie en is zeer gevoelig voor (alle biotypen) druifluis.

Het stuk DNA dat verantwoordelijk is voor de resistentie is gevonden door te kijken welke stukken DNA elke keer zijn overgeërfd wanneer resistentie optreedt in de F1 planten, en niet overgeërfd zijn in de voor druifluis bevattelijke planten. Figuur 2 laat deze analyse zien waarbij een overduidelijk verband is te zien tussen het DNA op chromosoom 14 van de Vitis cinerea C2-50 en de resistentie in de F1 planten. Dezelfde analyse, maar dan vergeleken met de andere ouder, de Vitis Vinifera Riesling, laat geen enkele significant geassocieerd stuk DNA zien (geen afbeelding). Zoals verwacht is de resistentie tegen de druifluis dus volledig afkomstig van het DNA van de Vitis cinerea C2-50 en niet van de Riesling-druif. Het stuk DNA dat zorgt voor de resistentie is RESISTANCE DAKTULOSPHAIRA VITIFOLIAE 2 (RDV2) genoemd. Dit is niet erg origineel, maar wel lekker overzichtelijk. Er zijn nu dus twee genen – stukken DNA van de druif – bekend die zorgen voor de resistentie tegen biotype A (RDV2) en biotype C (RDV1) van de druifluis.

Wat heeft de wijnboer aan deze wetenschap?

Voorlopig nog niet heel veel, maar het kan uiteindelijk zijn (nieuwe) wijngaard redden. De komende onderzoeken zullen namelijk checken of deze twee genen (RDV1 en RDV2) ook kunnen zorgen voor resistentie tegen de ander biotypen, en of er nog meerdere van dit soort genen zijn die kunnen zorgen voor resistentie. Daarna volgt dan vanzelfsprekend de stap waaraan de wijnboer écht iets heeft, namelijk de kweek van nieuwe onderstammen! Er kunnen nieuwe onderstammen gekweekt worden die resistent zijn tegen meerdere biotypen van de druifluis doordat ze zowel RDV1 als RDV2 bevatten in hun DNA, met daarnaast eventueel nog andere resistentie-genen. Nu deze genen bekend zijn kunnen nieuwe resistente onderstammen snel gemaakt worden door middel van ‘marker assisted breeding’. De juiste kruisingen kunnen op deze manier snel herkend en geselecteerd worden aan markers voor bijvoorbeeld RDV1 en RDV2. Het totale veredelingsproces van (tientallen) jaren wordt daardoor radicaal ingekort. En dat is misschien ook sneller nodig dan gedacht, want met drie tot vijf generaties druifluis per jaar verspreiden en ontwikkelen deze vijanden van de wijnstok zich snel. Niemand wil weer een wijnbouwcrisis meemaken zoals die zich in de tweede helft van de 19e eeuw in Europa heeft afgespeeld.

Referentie:
Smith HM, Clarke CW, Smith BP, Carmody BM, Thomas MR, Clingeleffer PR, Powel KS. (2018) Genetic identification of SNP markers linked to a new grape phylloxera resistant locus in Vitis cinerea for marker-assisted selection. BMC Plant Biology 18;18(1):360.  https://doi.org/10.1186/s12870-018-1590-0