Un equipo de científicos de la Universidad de Berna Suiza y el Instituto Max Planck de Ecología Química y sus socios han caracterizado múltiples funciones de los benzoxazinoides en el trigo: la forma tóxica de las sustancias hace que la planta sea directamente resistente a las larvas de lepidópteros, mientras queuna forma menos tóxica regula los mecanismos de defensa indirectos contra los pulgones. Los científicos han identificado el "cambio" entre estas diferentes funciones como una enzima metiltransferasa, que se activa mediante la alimentación de orugas. Este cambio permite a las plantas de trigo adaptar su respuesta de defensa a los diferentes herbívoros.con el maíz muestra que una metiltransferasa también regula los procesos de defensa en el maíz contra diferentes insectos plaga. Sin embargo, las dos enzimas en el trigo y el maíz han evolucionado independientemente una de la otra Avances científicos 5 de diciembre de 2018.
En la naturaleza, las plantas están expuestas a una multitud de enemigos que se alimentan de sus hojas, tallos y raíces, o se alimentan de su savia. En respuesta a estas amenazas, las plantas han desarrollado la capacidad de producir metabolitos secundarios cuyas funciones incluyen la prevención de la formación de herbívoros.Las plantas pueden usar tales sustancias defensivas de manera multifuncional. Un equipo de investigadores dirigido por Tobias Köllner del Instituto Max Planck de Ecología Química y Matthias Erb de la Universidad de Berna ha caracterizado ahora la función de los benzoxazinoides en el trigo.previamente obtenido, conocimiento detallado sobre las funciones defensivas de los benzoxazinoides en el maíz. En las plantas de maíz, la enzima metiltransferasa actúa como un interruptor funcional: decide si los benzoxazinoides actúan como toxinas eficientes para proteger la planta de la oruga o si los benzoxazinoides son menos tóxicos,pero inducen la producción de callosa. Callose se utiliza como un sellador celular que bloquea los elementos del tamiz y hace queEs difícil para los pulgones chupar la savia del floema."Nuestro enfoque fue introducir el interruptor de maíz en el trigo y activarlo permanentemente. Junto con nuestros colegas del Instituto de Genética de Plantas e Investigación de Plantas de Cultivo de Leibniz, hicimos plantas de trigo transgénicas que ya no podían elegir entre la producción de toxinas y la defensaregulación, pero produjo constantemente la forma tóxica de los benzoxazinoides. Esto nos permitió dilucidar en detalle las funciones de los benzoxazinoides en el trigo ", explica Tobias Köllner.
El enfoque permitió un análisis exhaustivo de cómo el cambio entre la producción de toxinas y la regulación de defensa afecta la resistencia del trigo a las larvas y pulgones de los lepidópteros. Además, los científicos pudieron identificar el cambio correspondiente en el trigo y analizarlo desde una perspectiva bioquímica y filogenéticaAunque el maíz y el trigo producen benzoxazinoides, su defensa más importante, a través de la misma ruta biosintética central conservada, en ambas especies, los genes responsables de cambiar entre sus formas tóxicas y reguladoras solo están relacionados de manera distante.las especies probablemente evolucionaron este interruptor de forma independiente durante el curso de la evolución. Los científicos llaman a este fenómeno "evolución convergente".
"La evolución convergente es de naturaleza generalizada y resulta del hecho de que diferentes especies desarrollan una solución para el mismo problema independientemente una de la otra. Es notable que dos hierbas que producen las mismas sustancias defensivas especializadas desarrollaron el interruptor correspondiente para su uso independientementeel uno del otro. Por un lado, esto puede ser evidencia de que la capacidad de usar benzoxazinoides para diferentes funciones ha evolucionado relativamente recientemente. Por otro lado, destaca la importancia de la capacidad de adaptar las respuestas de defensa específicamente a diferentes herbívoros. En nuestra opinión, lo que estamos observando aquí es la aparición de nuevos mecanismos reguladores lejos del canon conservado de fitohormonas hacia sistemas más especializados ", dice Matthias Erb." Curiosamente, las plantas de la familia del repollo también usan sustancias defensivas para la regulación de los callos, lo que sugiere que este tipode multifuncionalidad está muy extendido en el reino vegetal ".
Como siguiente paso, a los investigadores les gustaría descubrir cómo los benzoxazinoides controlan otros procesos defensivos. Están particularmente interesados en encontrar una respuesta a si existen receptores para los benzoxazinoides. Si es así, estos podrían clasificarse como hormonas especializadas, por lo tantoborrando aún más el límite entre las toxinas de las plantas y los reguladores de defensa. En última instancia, esta investigación podría contribuir a responder por qué las plantas usan toxinas para regular las defensas además de las hormonas vegetales clásicas.
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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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