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Uma enzima na saliva de certos insetos impede que suas plantas alimentícias avisem as plantas vizinhas sobre um ataque

Traduzido de Science Daily

Como uma cena de um filme de terror, as lagartas do verme da fruta do tomate silenciam os gritos de ajuda de suas plantas alimentícias enquanto devoram suas folhas. Essa é a constatação de uma equipe multidisciplinar de pesquisadores, que disse que os resultados podem lançar luz sobre a capacidade de plantas agrícolas, como tomate e soja, de resistir a estressores adicionais, como as mudanças climáticas.

“Nós descobrimos uma nova estratégia pela qual um inseto usa a saliva para inibir a liberação das defesas das plantas no ar, manipulando diretamente os estômatos das plantas”, disse Gary Felton, professor e chefe do Departamento de Entomologia da Penn State, e observou que os estômatos são poros minúsculos. nas folhas das plantas que regulam a troca de gases, incluindo emissões defensivas da planta e dióxido de carbono, entre a planta e o meio ambiente.

Especificamente, os pesquisadores estudaram os efeitos de uma enzima particular, glicose oxidase (GOX), que é produzida na saliva de lagartas do verme da fruta do tomate (Helicoverpa zea) nos estômatos das plantas e emissões defensivas de plantas, chamadas de voláteis de plantas induzidas por herbívoros (HIPV ) .

“Acredita-se que os HIPVs ajudam a proteger as plantas de insetos herbívoros, atraindo os inimigos naturais desses herbívoros e alertando as plantas vizinhas sobre a presença de herbívoros próximos”, disse Felton. “Conseqüentemente, o fechamento estomático tem o potencial de alterar as interações em toda a comunidade de plantas.”

Em seus experimentos, os pesquisadores usaram CRISPR / Cas9, uma técnica de edição de genoma, para produzir lagartas que não possuem a enzima GOX. Em câmaras de vidro separadas equipadas com armadilhas de filtro para coletar HIPV, eles permitiram que as lagartas com a enzima não funcional, juntamente com as lagartas não manipuladas, se alimentassem de tomate, soja e algodão por três horas. Para examinar a resposta estomática ao GOX, a equipe examinou as folhas da planta sob um microscópio e mediu o tamanho das aberturas estomáticas. Eles então extraíram os voláteis das armadilhas de filtro e usaram cromatografia gasosa, junto com espectrometria de massa, para identificar e quantificar os HIPVs.

“Este estudo é o primeiro a usar a edição de genes mediada por CRISPR / Cas9 para estudar a função de uma enzima salivar de inseto”, disse Po-An Lin, estudante de graduação em entomologia na Penn State e principal autor do artigo. “Usando abordagens farmacológicas, moleculares e fisiológicas, fomos capazes de mostrar que esta enzima salivar desempenha um papel fundamental no fechamento estomático induzido por insetos e provavelmente na redução de várias emissões defensivas importantes.”

Na verdade, a equipe, composta por especialistas em biologia molecular, ecologia química, fisiologia vegetal e entomologia, descobriu que GOX, secretado pela lagarta nas folhas, causa o fechamento estomático em tomateiros em cinco minutos, e tanto em tomate como plantas de soja por pelo menos 48 horas. Eles também descobriram que o GOX inibe a emissão de vários HIPVs durante a alimentação, incluindo (Z) -3-hexenol, (Z) -jasmone e (Z) -3-hexenil acetato, que são importantes sinais transportados pelo ar nas defesas dos animais. pisos. Curiosamente, eles não encontraram um efeito do GOX em plantas de algodão, o que, de acordo com a equipe, sugere que os impactos do GOX na condutância estomática dependem da espécie.

Os resultados da equipe apareceram no dia 18 de janeiro, Novo fitologista.

Lin destacou que o fato de as lagartas do verme do fruto do tomate desenvolverem uma enzima salivar que inibe as emissões de voláteis defensivos em certas espécies sugere a importância das defesas do ar das plantas na evolução dos insetos herbívoros.

“Dada a onipresença dos HIPVs nas plantas, é provável que as características que influenciam os HIPVs tenham evoluído amplamente entre os insetos herbívoros”, disse ele.

Esses insetos não apenas prejudicam as plantas individualmente, mas também podem torná-las menos capazes de resistir às mudanças climáticas.

“Os estômatos são órgãos importantes da planta que não apenas detectam e respondem aos estressores ambientais, mas também desempenham um papel central no crescimento das plantas”, disse Felton. “Como os estômatos desempenham um papel importante na regulação da temperatura da folha e do conteúdo de água, nossas descobertas sugerem que o controle da abertura dos estômatos por um inseto pode afetar a resposta da planta às temperaturas. Níveis elevados que ocorrem com as mudanças climáticas e a resposta à deficiência de água.”

Outros autores da Penn State no papel incluem Yintong Chen, um estudante de graduação em biociências moleculares, celulares e integrativas; Chan Chin Heu, ex-pesquisador de pós-doutorado; Nursyafiqi Bin Zainuddin, estudante de pós-graduação em entomologia; Jagdeep Singh Sidhu, estudante de pós-graduação em horticultura; Michelle Peiffer, Assistente de Apoio à Pesquisa em Entomologia; Ching-Wen Tan, pós-doutorado em entomologia; Jared Ali, professor assistente de entomologia; Jason L. Rasgon, professor de entomologia e epidemiologia de doenças; Jonathan Lynch, distinto professor de ciência vegetal; e Charles T. Anderson, professor associado de biologia. Também no papel estão Duverney Chaverra-Rodríguez, bolsista de pós-doutorado, University of California, San Diego; Anjel Helms, professor assistente de ecologia química, Texas A&M University; e Donghun Kim, professor assistente da Kyungpook National University.

A National Science Foundation, o Programa de Iniciativa de Pesquisa Agrícola e Alimentar do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos e uma concessão para o projeto Hatch apoiaram essa pesquisa.



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