Visualisatie van vroege infectieplaatsen van rijstontploffingsziekte (Magnaporthe oryzae) op gerst (Hordeum vulgare) met behulp van een basismicroscoop en een smartphone

Magnaporthe oryzae, de rijststraalschimmel, infecteert een assortiment graangewassen, waaronder gerst, tarwe en rijst¹. Deze ziekteverwekker veroorzaakt verwoestende ziekten en vormt een wereldwijde bedreiging voor deze waardevolle gewassen, waardoor het gewas volledig verloren gaat als het niet wordt gecontroleerd. Veel laboratoria over de hele wereld richten zich op rijstblastziekte vanwege de wereldwijde dreiging en de kenmerken ervan als een uitstekend model voor plant-schimmelinteracties². Het is volledig gesequenced en de genetica van de infectieuze cyclus, met name de vroege gebeurtenissen, zijn vastgesteld ^3,4. De levenscyclus begint met een spore die ontkiemt op een bladoppervlak en de gespecialiseerde penetratiestructuur vormt die het appressorium wordt genoemd. Het appressorium dringt het bladweefsel binnen en de infectie gaat verder met de ontwikkeling van laesies die het proces van sporulatie starten en ziekte verspreiden⁴. Het voorkomen van een van deze vroege gebeurtenissen zou deze verwoestende ziekte drastisch remmen. Daarom is het meeste huidige onderzoek naar blastziekte gericht op de vroege infectiestappen, van de gekiemde conidia die een appressorium vormen tot de ontwikkeling van de invasieve schimmeldraden en het biotrofe interfaciale complex (BIC)⁵.

De enorme hoeveelheid onderzoek naar blastziekte is uitgevoerd in rijst, hoewel M. oryzae een belangrijke ziekteverwekker is voor een verscheidenheid aan gewassen, en nieuw geëvolueerde stammen opkomen als een wereldwijde bedreiging voor tarwe⁶. Terwijl rijst een van de top drie basisgewassen is die worden gebruikt om de bevolking te voeden, samen met tarwe en maïs, is gerst de vierde graankorrel in termen van veevoer en bierproductie⁷. Naarmate de ambachtelijke bierindustrie groeit, groeit ook de economische waarde van gerst. Er zijn duidelijke voordelen van het gebruik van M. oryzae en gerst als een pathosysteem om blastziekte te bestuderen. Ten eerste zijn er stammen van M. oryzae die alleen gerst infecteren, evenals stammen die meerdere grassoorten kunnen infecteren. 4091-5-8 infecteert bijvoorbeeld voornamelijk alleen gerst, terwijl Guy11 en 70-15 zowel gerst als rijst⁸ kunnen infecteren. Deze stammen zijn genetisch vergelijkbaar en het infectieproces is vergelijkbaar⁹. Ten tweede is gerst onder standaard laboratorium- en kasomstandigheden gemakkelijker te kweken, omdat het niet de gecompliceerde vereisten van rijst heeft (beknopte temperatuurregeling, hoge luchtvochtigheid, specifieke lichtspectra). Er zijn ook beeldvormingsuitdagingen met rijst vanwege de hydrofobiciteit van het bladoppervlak, die gerst niet vertoont¹⁰.

Dit protocol presenteert een eenvoudige methode voor het isoleren en effectief gebruiken van gerstbladscheden voor microscopische analyse van meerdere infectiestadia, met behulp van gemeenschappelijke laboratoriumbenodigdheden en een smartphone voor gegevensverzameling. Deze methode voor de gerstbladschedetest is aanpasbaar voor laboratoria over de hele wereld, omdat het minimale voorraden vereist en toch een duidelijk beeld geeft van de microscopische interactie tussen de ziekteverwekker en de eerste paar cellen die het infecteert. Terwijl pathogeniciteitstests, zoals een spray of druppelinenting, een macrobeeld kunnen geven van het vermogen van de ziekteverwekker om laesies te vormen, stelt deze test de onderzoeker in staat om specifieke stappen van vroege infectie te visualiseren, van pre-penetratiegebeurtenissen tot kolonisatie van epidermale cellen. Verder kunnen onderzoekers infectie met de wild-type schimmel gemakkelijk vergelijken met infectie met een mutant verminderd in virulentie.