Las plantas producen un gran arsenal de compuestos tóxicos para defenderse de los insectos herbívoros. Para asegurarse de que la toxicidad de estas sustancias defensivas no dañará a las plantas mismas, muchas plantas agregan una molécula de azúcar a algunas de sus toxinas. Enzimas digestivas llamadas glucosidasasen el intestino del insecto generalmente se separa este azúcar para liberar una toxina con efectos nocivos sobre los insectos. Los científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, ahora encontraron el mecanismo opuesto: un compuesto defensivo de la especie de tabaco silvestre Nicotiana attenuata que es tóxico con moléculas de azúcar unidas a él y una glucosidasa en el intestino del gusano del tabaco Manduca sexta que elimina un azúcar de esta toxina para convertirla en una forma no tóxica. Esta es la primera vez que se puede mostrar el papel de la desglicosilación en la desintoxicación como una contraadaptación de insectos Comunicaciones de la naturaleza , octubre de 2015.
Las plantas agregan azúcares a sus compuestos defensivos para evitar la auto-intoxicación y facilitar su transporte y almacenamiento. El proceso de agregar azúcar a un compuesto químico se llama glicosilación. Cuando los insectos herbívoros ingieren estas toxinas glicosiladas mientras se alimentan de plantas, el azúcar-engañar las enzimas intestinales llamadas glucosidasas escinden estos azúcares de las sustancias defensivas y las toxinas se liberan en el intestino medio. Las toxinas pueden ejercer efectos nocivos sobre el crecimiento y la forma física de los insectos.
Científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química examinaron sustancias defensivas en el tabaco de coyote Nicotiana attenuata . Estaban especialmente interesados en un compuesto llamado lyciumoside IV que contiene tres moléculas de azúcar y es tóxico para las larvas del gusano del tabaco Manduca sexta . La ingestión de lyciumoside IV generalmente debería causar una reducción severa de la masa corporal en estas orugas. Se pensaba que las moléculas de azúcar se eliminaron del lyciumoside IV en el Manduca sexta el intestino medio y la toxina liberada causaron estos efectos nocivos. Sin embargo, lo que los investigadores descubrieron contradecía la comprensión actual del papel de la desglicosilación: el lyciumoside IV no está completamente desglicosilado, y lo que es más importante, este compuesto en sí y no su forma desglicosilada estóxico. Las glucosidasas en el intestino medio de las larvas del gusano del cuerno del tabaco eliminan solo una molécula de azúcar del lyciumoside IV que convierte la toxina en un nuevo compuesto. La ingestión de este compuesto no ejerce efectos perjudiciales sobre los insectos como los ejercidos por la ingestión de lyciumoside IV, lo que sugiereque este nuevo compuesto es una forma desintoxicada de lyciumoside IV. Por primera vez, los científicos demostraron que eliminar una molécula de azúcar del compuesto defensivo de una planta también puede provocar la desintoxicación.
"Que las glucosidasas que juegan un papel importante en la digestión y la activación de toxinas también funcionan de manera opuesta y desintoxican las sustancias de defensa de las plantas, abre una nueva dimensión de la carrera armamentista de plantas y herbívoros. Este descubrimiento de un mecanismo de desintoxicación inusual puede atribuirse principalmente anuestros enfoques imparciales de "preguntar al herbívoro" y "preguntar al ecosistema" basados en la genética inversa. Los resultados obtenidos mediante el uso de estos enfoques nos permitieron encontrar, comprender y explicar el mecanismo que funciona exactamente en contra de la comprensión actual de las glucosidasas y los mecanismos de desintoxicaciónPor lo tanto, este enfoque imparcial es una de nuestras principales contribuciones a la comprensión de la complejidad de las defensas de las plantas y las adaptaciones de insectos ", explica Sagar Pandit, uno de los autores principales del estudio.
El estudio reveló la importancia de este mecanismo de desintoxicación inusual para las orugas en la naturaleza. Los científicos primero encontraron la glucosidasa responsable de eliminar el azúcar del lyciumoside IV. Luego generaron larvas con una actividad de glucosidasa suprimida silenciando el gen de la glucosidasa larval respectiva paraestudie el efecto de la ingestión de lyciumoside IV en las larvas discapacitadas. El gen larval fue silenciado usando un método moderno llamado "interferencia de ARN mediada por plantas" en el que se generaron plantas de tabaco transgénicas para producir la señal específica de silenciamiento génico, que fue transferida a las larvasse alimentan de estas plantas. Curiosamente, cuando las larvas silenciadas con glucosidasa ingirieron el lyciumoside IV, no pudieron mudar y finalmente murieron. Las larvas silenciadas con glucosidasa que ingirieron el producto desglicosilado no mostraron tal falla y mortalidad de la muda. Esto sugirió que la desintoxicación del lyciumosideIV es necesario para evitar estos efectos nocivos.
Se sabe que muchos herbívoros almacenan los compuestos tóxicos de su planta huésped en compartimentos especializados de su cuerpo, un proceso que se denomina secuestro. Por lo general, los herbívoros usan compuestos secuestrados como su propia defensa contra depredadores y parásitos. Por lo tanto, los científicos examinaron si el Lyciumoside IV osu producto desintoxicado proteger Manduca sexta orugas contra sus enemigos naturales. Los experimentos de campo con orugas silenciadas con glucosidasa revelaron que la araña lobo Camptocosa paralela , un depredador de las larvas del gusano del cuerno del tabaco, capturó y mató aproximadamente la misma cantidad de larvas y controles silenciados por glucosidasa, pero ingirió significativamente menos larvas silenciadas por glucosidasa. Las larvas que habían sido recubiertas con lyciumoside IV disuadieron las arañas; tal disuasión noobservado cuando estaban recubiertos con el producto de desintoxicación. Esto demuestra claramente que el lyciumoside IV tendría un efecto protector si fuera secuestrado por las larvas. Sin embargo, como mostraron los investigadores, Manduca sexta las larvas prefieren desintoxicar este compuesto defensivo de la planta en lugar de secuestrarlo. Los científicos infieren que estas larvas aún no han desarrollado el mecanismo para cooptar el liciumocida IV y, por lo tanto, tienen que desintoxicarlo para evitar el fracaso de la muda y la mortalidad causadapor su ingestión.
Ahora, los científicos quieren saber si hay naturales Manduca sexta variantes o relacionadas Manduca especies que ya han desarrollado un mecanismo para cooptar el lyciumoside IV y simultáneamente evitar la mortalidad y las alteraciones. También están interesados en la pregunta de por qué la desglicosilación está restringida a la eliminación de un solo azúcar. Al estudiar las respuestas al lyciumoside IV en Nicotiana attenuata otros herbívoros especialistas y generalistas, quieren arrojar más luz sobre esta defensa vegetal particular y las contra-adaptaciones de los insectos. [AO]
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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