Durante décadas, los científicos han sabido que las plantas pueden liberar compuestos orgánicos volátiles —esencialmente señales químicas aéreas— para convocar a los enemigos naturales de las cosas que se las comen, como las orugas. Lo que no sabían era exactamente cómo una planta traduce el acto físico de ser comida en una señal de socorro específica que convoca a depredadores. Ahora, después de años de experimentar con plantas de frijol común en el laboratorio y en los campos agrícolas de Oaxaca, México, un equipo liderado por el biólogo de la Universidad de Washington Adam Steinbrenner ha identificado un único receptor inmune que orquesta el sistema de defensa anti-orugas.
Cuando un insecto herbívoro como una oruga se alimenta de una planta, introduce su saliva directamente en los tejidos dañados de la planta. Esta saliva contiene pistas biológicas llamadas HAMP: patrones moleculares asociados a herbívoros. Una de las moléculas HAMP es un péptido llamado inceptina, y hay un fragmento de 11 aminoácidos de inceptina llamado In11. Ambos resultan ser un fragmento de la ATP sintasa que se encuentra en los cloroplastos —básicamente un pedazo de una de las proteínas propias de la planta. A medida que la oruga ingiere la hoja, sus enzimas intestinales cortan los motores celulares de la planta y sus piezas, incluido In11, son regurgitadas de vuelta a la superficie de la hoja, aunque en concentraciones extremadamente pequeñas.
Durante millones de años, plantas como el frijol común han evolucionado un receptor especializado en la superficie celular llamado receptor de inceptina solo para detectar In11. Cuando este receptor interactúa con In11, desencadena una cascada de señales en las células de la planta, iniciando respuestas inmunes. Sin embargo, demostrar que este receptor específico es responsable de liberar señales que convocan a depredadores fue extremadamente complicado. "Estábamos emocionados de hacerlo, pero necesitábamos las plantas de comparación perfectas: plantas que carecen del receptor frente a las que tienen el receptor intacto", dice Steinbrenner.
El problema era que las plantas de frijol común son notoriamente difíciles de modificar genéticamente, por lo que las técnicas modernas habituales como el silenciamiento génico estaban descartadas. Elegir una planta más fácil de modificar también estaba descartado, porque el receptor solo está presente en ciertas especies de frijol. Para sortearlo, su equipo tuvo que introducir las modificaciones necesarias a la antigua usanza: mediante cría selectiva. El primer paso fue encontrar una planta de frijol común con un receptor In11 silenciado. Examinaron un panel masivo de frijoles mesoamericanos, buscando variedades que no produjeran gas etileno, un indicador clásico de estrés vegetal, cuando se exponían a In11. De las 89 variedades probadas, encontraron dos que ignoraban completamente el péptido. De estas dos, eligieron una cepa hondureña llamada W6 13807.
Cuando los investigadores secuenciaron el genoma de este frijol insensible, descubrieron que tenía una deleción natural de 103 pares de bases en el gen que codifica el receptor de inceptina. Esta mutación elimina un fragmento crucial del receptor, resultando en una proteína truncada y no funcional. Para probar el efecto de este receptor disfuncional en las defensas de la planta, el equipo comenzó a criar las plantas para su experimento. A través de una serie de cruces genéticos y retrocruces entre el mutante y una variante de frijol estándar que respondía a In11, crearon plantas hermanas que eran casi idénticas genéticamente excepto por la presencia o ausencia del receptor de inceptina funcional. "Solo estábamos siendo criadores y eso tomó varios años", recuerda Steinbrenner.
Cuando estas dos hermanas se colocaron una al lado de la otra en el laboratorio y en el campo, las consecuencias de tener una alarma de inceptina rota fueron bastante graves para las plantas de frijol. Primero, los investigadores examinaron las defensas directas: los cambios químicos y físicos que la planta experimenta para hacer que sus hojas sean menos apetecibles para las orugas y así obstaculizar su crecimiento. Cuando las orugas se alimentaron de los frijoles mutantes con receptores de inceptina inactivos, se dieron un festín. Durante un período de alimentación de cinco días, su tasa de crecimiento fue más del 70 por ciento mayor que en las plantas con un receptor funcional.