Fasolea folosește un receptor imunitar pentru a chema viespi parazite împotriva omizilor

Când sunt mâncate de dăunători, plantele de fasole eliberează substanțe chimice care atrag viespile parazite. De decenii, oamenii de știință știu că plantele pot elibera compuși organici volatili, semnale chimice transmise prin aer, pentru a atrage dușmanii naturali ai prădătorilor lor, cum ar fi omizile. Totuși, nu era clar cum planta transformă actul fizic al consumului într-un semnal specific de chemare a prădătorilor.

Adam Steinbrenner, biolog la Universitatea din Washington, explică: „Un lucru pe care nu-l știam este cum detectează planta omida în primul rând.” După ani de experimente cu plante de fasole obișnuite, atât în laborator, cât și în câmpurile agricole din Oaxaca, Mexic, echipa lui Steinbrenner a identificat un singur receptor imunitar care coordonează sistemul de apărare împotriva omizilor.

Când un insectivore cum ar fi omida se hrănește cu o plantă, introduce saliva direct în țesuturile deteriorate ale plantei. Această salivă conține indicii biologice numite HAMPs (herbivore-associated molecular patterns). Una dintre moleculele HAMPs este un peptid numit inceptin, iar acesta include și un fragment de 11 aminoacizi numit In11. Ambele sunt fragmente ale sintetazei ATP din cloroplaste, adică o parte din proteinele proprii ale plantei. Pe măsură ce omida consumă frunza, enzimele din stomacul său descompun motoarele celulare ale plantei, iar bucățile rezultate, inclusiv In11, sunt regurgitate înapoi pe suprafața frunzei, deși în concentrații extrem de mici.

De-a lungul milioanelor de ani, plante precum fasolea comună au evoluat un receptor specializat la nivelul celulei, numit receptorul inceptin, tocmai pentru a detecta In11. Când acest receptor interacționează cu In11, declanșează o cascada de semnalizare în celulele plantei, inițiind răspunsuri imune. Demonstrarea faptului că acest receptor specific este responsabil pentru eliberarea semnalelor care cheamă prădătorii a fost extrem de complicată. „Eram entuziasmați să facem asta, dar aveam nevoie de plante perfecte pentru comparație – plante care să lipsească receptorul față de cele care îl au intact,” spune Steinbrenner.

Problema era că plantele de fasole comună sunt notoriu de greu de modificat genetic, așa că tehnicile moderne obișnuite, precum tăcerea genelor, nu erau o opțiune. De asemenea, alegerea unei plante mai ușor de modificat nu era posibilă. „Eram oarecum limitați la fasole, deoarece acest receptor pe care îl studiam este prezent doar în anumite specii de fasole,” explică Steinbrenner. Pentru a ocoli această problemă, echipa sa a trebuit să introducă modificările necesare în modul tradițional – prin selecție genetică.

Primul pas a fost să găsească o plantă de fasole comună cu un receptor In11 atenuat. Echipa avea nevoie de un mutant natural care să nu poată detecta saliva omidei. Au analizat un panou masiv de fasole mesoamericană, căutând varietăți care nu produceau gazul de etilenă, un indicator clasic al stresului plantelor, atunci când erau expuse la In11. Din 89 de varietăți testate, au găsit două care nu reacționau, demonstrând astfel rolul crucial al receptorului In11 în defensiva plantei.

Astfel, fasolea și alte plante nu sunt doar victime pasive ale consumatorilor lor, ci participanți activi într-un război chimic sofisticat pentru supraviețuire. Această descoperire nu doar că adaugă o nouă dimensiune la înțelegerea noastră a complexității vieții plantelor, dar deschide și posibilități interesante pentru dezvoltarea unor metode noi și mai eficiente de protecție a culturilor agricole.

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România