Difesa delle piante indotta e specificità delle specie

Le piante hanno affrontato la minaccia di essere divorate da insetti erbivori famelici per oltre 350 milioni di anni. Durante questo periodo esse hanno sviluppato molte strategie raffinate per proteggersi dai loro nemici, incluse barriere fisiche, tossine e composti che arrestano o inibiscono l’alimentazione (fagoinibitori).

Tuttavia, la difesa è dispendiosa nelle piante; perciò, si ritiene che la difesa indotta, che è attivata solo quando la pianta è sotto attacco, si sia sviluppata come un mezzo per ridurre questi costi. Il progetto INDUCED DEFENCE (Herbivore induced plant defences: The evolution and genetic basis of their specificity) ha studiato se questa forma di difesa sia specifica delle specie.

Si ritiene che la specificità delle difese nelle piante sia facilitata da segnali chimici conosciuti come elicitori associati agli erbivori (HAE, herbivore-associated elicitor); ma rimane poco chiaro come si sia evoluta la specificità. INDUCED DEFENCE ha perciò studiato l’evoluzione e la specificità nelle difese delle piante indotte da HAE e ha identificato la base genetica della specificità.

I ricercatori hanno studiato le difese indotte in specie di piante di tabacco (Nicotiana) strettamente imparentate e gli elicitori provenienti dalle secrezioni orali di differenti insetti. I risultati hanno mostrato che le difese HAE sono altamente specifiche per le differenti specie di Nicotiana. Si è scoperto che singole specie di Nicotiana producono risposte distinte a differenti HAE, e un HAE può indurre differenti risposte di difesa tra specie di Nicotiana strettamente imparentate.

Si è scoperto che l’effetto delle difese HAE sugli erbivori differisce tra la sfinge del tabacco, che si nutre in modo specifico delle piante della famiglia della Solanaceae (che include il tabacco), e la nottua del cotone, che si nutre di diverse piante.

I trascrittomi della foglia di sei specie di Nicotiana, che erano stati indotti da differenti HAE, sono stati sequenziati e una rete di coespressione chiave è stata identificata. La rete di coespressione corrispondeva alla specificità delle difese indotte da HAE nella Nicotiana, sia all’interno che tra le specie. L’analisi funzionale ha confermato che la rete di coespressione identificata era coinvolta nella prima trasduzione del segnale di difesa indotto da HAE.

Per chiarire la comprensione della rete di coespressione identificata è stato usato un approccio filogenetico. Esso ha indicato che gli eventi di duplicazione dell’intero genoma nelle Solanaceae hanno contribuito all’evoluzione di una rete di segnalazione precoce indotta da HAE nella Nicotiana.

La rete di coespressione indotta da erbivori identificata e la scoperta che la duplicazione di tutto il genoma influenza in modo significativo l’evoluzione delle difese indotte da erbivori saranno utili ai selezionatori delle colture. Inoltre, i nuovi metodi sviluppati consentiranno ai ricercatori del futuro di identificare rapidamente i geni coinvolti in tratti complessi.

I geni candidati identificati da INDUCED DEFENCE potrebbero portare a una svolta nella comprensione del modo in cui le piante si accorgono degli erbivori, giovando in tal modo alla protezione delle colture in tutto il mondo.