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

“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.