In het kantoor van Sofie Goormachtig, hoofd van de Rhizosfeer-onderzoeksgroep bij het VIB, hangt een opgetogen sfeer. Lena Vlaminck, onderzoeker in het Rhizosfeer-lab en bezieler van het burgerwetenschapsproject ‘Soja in duizend tuinen’, bruist van de energie.

‘We hebben een standaardprotocol om bacteriën zo te kweken dat hun populatie exponentieel groeit. Daarop wacht je om je sojaplant ermee te inoculeren. Drie van mijn bacterieculturen wilden maar niet groeien volgens dat standaardprotocol. Het leek of ze me zeiden: ‘Lena, wat probeer jij daar allemaal? Daarvoor kom ik niet uit mijn kot.’ Ik heb ze dan maar in de kou gezet, bij 20 graden in plaats van de 28 graden waarbij ik ze normaal opkweek … en gisteren was er eentje die perfect op zijn exponentiële deling is geraakt!’

‘Het zijn interessante resultaten’, valt Goormachtig haar bij. ‘We proberen van een niet-inheems voedingsgewas een inheems gewas te maken. Daarvoor moet niet alleen de sojaplant aangepast geraken aan onze omstandigheden, maar moeten de omstandigheden zich ook aanpassen aan die nieuwe plant.’

Sojaplanten kunnen door veredeling steeds beter tegen de koude hier. ‘De planten die wij in ons project uittesten, zijn veredeld om het hier goed te doen. De variëteiten bloeien vroeg en de sojabonen worden rijp in augustus, als het nog warm is’, aldus Vlaminck.

Maar als we over aangepaste omstandigheden spreken, dan hebben we het over de bacteriegemeenschap in de Vlaamse bodems. Als planten veredelen nog vooral een werkje van geduld is, dan is de bodembiodiversiteit veranderen waarschijnlijk simpelweg onmogelijk. ‘Nochtans hebben we bacteriën nodig die knolletjes willen vormen in soja, om de plant fatsoenlijk te kweken in Vlaanderen.’

In de grote vergaderzaal gaat de beamer aan, om met foto’s te tonen hoe de relatie tussen planten en knolletjesbacteriën nu eigenlijk in elkaar zit. ‘De bacteriën in de wortels krijgen van de plant suikers, en de plant krijgt van de bacteriën stikstof uit de lucht. Veel peulvruchten zijn daardoor pionierplanten. Ze kunnen als eerste heel arme bodems koloniseren’, legt Goormachtig uit.

‘Maar het microbioom van een bodem is aangepast aan de planten die er al lang in voorkomen. Soja komt uit Azië, en je ziet dat Rhizobium-bacteriën van hier die plant niet onmiddellijk herkennen.’ Terwijl dat bij onze Europese klassieker, de erwt, geen probleem is. ‘We deden een klein voorexperiment: negen op de tien erwtenplanten vormden mooie knolletjes’, vertelt Vlaminck. ‘De soja leverde maar in 17 procent van de gevallen knolletjes op.’

‘En maar 3 procent van de sojaplanten had rode knolletjes’, gaat Goormachtig verder. Ze toont een foto van een rozige verdikking aan een worteltje. ‘Kijk, dat is een gezond wortelknolletje van een sojaboon. Het is rood omdat het vol zit met leghemoglobine. Dat is op zijn beurt een teken dat het knolletje stikstof opslaat.’

Leghemoglobine bindt zuurstof. Dat is cruciaal voor de stikstofopslag. Het enzym nitrogenase, dat de stikstof fixeert, kan niet goed tegen zuurstof. Andersom hebben de bacteriën in de knolletjes wel zuurstof nodig voor hun ademhaling.

Leghemoglobine houdt de zuurstofconcentratie laag genoeg om nitrogenase niet te belemmeren, maar hoog genoeg om de bacteriën te laten ademhalen. De zuurstofdrager is rood, net als de hemoglobine in ons bloed. ‘Daarom zitten er in sommige vegaburgers leghemoglobines. Zo zien ze mooi rood, net als vlees.’

Bodembacteriën in kaart brengen die hier in Vlaanderen met sojaplanten interageren en knolletjes vormen is een van de doelen van het ‘Soja in duizend tuinen’-project. Lena Vlaminck legt de voordelen ervan uit. ‘We willen een collectie van knolletjesbacteriën hier bij ons in het lab aanleggen.’

Bedrijven kunnen coatings voor sojazaden maken met bacteriën uit die collectie. ‘Als een sojakweker die gebruikt, zitten er meteen bacteriën klaar rond de wortels van de jonge plantjes. Zo kan soja op onbemeste grond groeien. Bovendien halen de planten met knolletjes nog stikstof uit de lucht ook. De stikstof die zij fixeren, kan alvast niet in natuurgebieden neerslaan.’

Waar vind je knolletjesbacteriën voor soja? In bodems met weinig stikstof, zo blijkt. ‘Het is voor een plant een risico om samen te gaan leven met een onbekende bacterie, want dat kan een ziekteverwekker zijn. Als er veel stikstof in de bodem zit, beginnen de sojaplanten dus niet aan de symbiose. In dat geval nemen ze gewoon bodemstikstof op.’

In Vlaanderen moet je voor weinig stikstof niet in landbouwgebied, maar in tuinen zoeken. Vandaar het burgerwetenschapsproject, vertelt Lena Vlaminck. ‘We wilden heel verschillende bodemtypes. De tuinen moesten dus verspreid liggen over heel Vlaanderen. Zonder medewerking van zoveel bereidwillige tuineigenaars was het project nooit gelukt.’

5.335 vrijwillige tuinders schreven zich in om een vierkante meter soja te planten. ‘Uit die groep hebben we 1.154 deelnemers geselecteerd. Het is dus eigenlijk ‘Soja in 1.154 tuinen’.’ De burgerwetenschappers moesten veel meer doen dan sojabonen planten. ‘We hebben hen ook allerlei vragen gesteld over hun planten: de lengte, de kleur, of ze al bloeiden … Die informatie moesten de deelnemers op afgesproken tijdstippen invullen op een website.’

Terwijl de sojaplantjes in de tuinen groeiden, gingen de VIB-onderzoekers een andere uitdaging aan: de microbiële diversiteit in de bodem van de deelnemende tuinen karteren. Ze deden die zogenoemde microbioomanalyse aan de hand van het 16S ribosomaal RNA in de bodems.

‘Dat is een stukje genoom dat alle procaryoten of eencellige organismen hebben. Tegelijk is het zo divers dat je bacteriën ermee kan onderscheiden op genusniveau, of zelfs nog iets dieper. De analyse van het 16S RNA vertelde ons welke types bacteriën waar voorkomen, en ook in welke relatieve hoeveelheid ten opzichte van de andere bacteriën.’

In de zomer brachten de burgerwetenschappers vijf van de sojaplanten uit hun tuin naar het lab. Eventuele knolletjes in de wortels daarvan worden nu binnenstebuiten gekeerd. Het VIB voert ook op de knolletjes een microbioomanalyse uit. Van de interessante bacterietypes lezen de onderzoekers het DNA bovendien volledig uit met de nanoporietechnologie.

‘Zo weten we precies waarmee we te maken hebben. Het genoom van een sojaboon is vele malen groter dan dat van een bacterie. Maar met de nanoporie kunnen we toch het genoom van de meest voorkomende bacterie uitlezen uit een knolletje, zonder vooraf het plantenmateriaal te verwijderen. En dat in twee uur tijd.’

‘Het lab van Anne Willems aan de Universiteit Gent maakt culturen op agarplaten van de bacteriën uit de knolletjes. De interessante bacteriën uit die kweekjes komen terug naar ons voor de bevestiging. We kweken een klein sojaplantje op en brengen dan een vloeibare bacteriecultuur aan op de overgang tussen stengel en wortel. Na vier weken kijken we of er weer knolletjes zijn.’

Als dat zo is, gaat het onderzoek met de bacteriën elders in Vlaanderen verder. ‘Het ILVO gaat daar serre- en veldproeven mee uitvoeren. En het VIB-lab van Jan Michiels aan de KU Leuven meet de stikstoffixatiecapaciteit van de verschillende bacteriën.’

‘Het lab van Steven Maere werkt verder op de massa aan data die we in de loop van het project verzamelen. We hopen dat we daarmee een soort van handleiding kunnen maken voor de knolletjesbacteriën. Vervolgens kunnen de bedrijven die ze op de markt willen brengen aan de slag.’

Hoe komt het dat de bodembiodiversiteit met zijn brede spectrum aan belangrijke organismen nu pas bekend geraakt? Volgens Sofie Goormachtig ligt dat vooral aan de nieuwe technologieën die beschikbaar komen. ‘Er is een echte boom van biodiversiteitsonderzoek door de next generation sequencing.’

‘Doorbraken in de wetenschap worden meestal ingeleid door technische revoluties’, zegt de onderzoeker. ‘Wij zijn wetenschappers, we zijn ons heel bewust van de beperkingen van ons onderzoek. Maar tegelijkertijd gaan we altijd op zoek naar mogelijkheden om die beperkingen te doorbreken.’

Meer informatie: sojain1000tuinen.sites.vib.be