Per decenni, gli scienziati hanno saputo che le piante possono rilasciare composti organici volatili - essenzialmente segnali chimici aerei - per evocare i nemici naturali di chi le mangia, come i bruchi. Quello che non sapevano era esattamente come una pianta traduce l'atto fisico di essere mangiata in uno specifico segnale di soccorso che richiama i predatori. Ora, dopo anni di esperimenti con piante di fagiolo comune in laboratorio e nei campi agricoli di Oaxaca, in Messico, un team guidato dal biologo dell'Università di Washington Adam Steinbrenner ha individuato un singolo recettore immunitario che orchestra il sistema di difesa anti-bruco.

Quando un insetto erbivoro come un bruco si nutre di una pianta, introduce la sua saliva direttamente nei tessuti danneggiati della pianta. Questa saliva contiene indizi biologici chiamati HAMP: pattern molecolari associati agli erbivori. Una delle molecole HAMP è un peptide chiamato inceptina, e c'è un frammento di 11 aminoacidi dell'inceptina chiamato In11. Entrambi risultano essere un frammento dell'ATP sintasi presente nei cloroplasti - praticamente un pezzo di una delle proteine della pianta stessa. Mentre il bruco ingerisce la foglia, i suoi enzimi intestinali sminuzzano i motori cellulari della pianta e i loro pezzi, incluso In11, vengono rigurgitati sulla superficie della foglia, sebbene in concentrazioni estremamente basse.

Nel corso di milioni di anni, piante come il fagiolo comune hanno evoluto un recettore specializzato sulla superficie cellulare chiamato recettore dell'inceptina proprio per rilevare In11. Quando questo recettore interagisce con In11, innesca una cascata di segnali nelle cellule della pianta, avviando risposte immunitarie. Dimostrare che questo specifico recettore è responsabile del rilascio di segnali che richiamano i predatori, tuttavia, è stato estremamente complicato. "Eravamo entusiasti di farlo, ma avevamo bisogno delle piante di confronto perfette - piante prive del recettore rispetto a quelle con il recettore intatto", dice Steinbrenner.

Il problema era che le piante di fagiolo comune sono notoriamente difficili da modificare geneticamente, quindi le solite tecniche moderne come il silenziamento genico erano fuori discussione. Scegliere una pianta più facile da modificare era fuori discussione anche perché il recettore è presente solo in alcune specie di fagioli. Per aggirare il problema, il suo team ha dovuto introdurre le modifiche necessarie alla vecchia maniera - attraverso l'incrocio selettivo. Il primo passo è stato trovare una pianta di fagiolo comune con un recettore In11 silenziato. Hanno esaminato un enorme pannello di fagioli mesoamericani, cercando varietà che non producevano gas etilene, un classico indicatore di stress vegetale, quando esposte a In11. Delle 89 varietà testate, ne hanno trovate due che ignoravano completamente il peptide. Di queste due, hanno scelto un ceppo honduregno chiamato W6 13807.

Quando i ricercatori hanno sequenziato il genoma di questo fagiolo insensibile, hanno scoperto che aveva una delezione naturale di 103 paia di basi nel gene che codifica il recettore dell'inceptina. Questa mutazione cancella un pezzo cruciale del recettore, risultando in una proteina troncata e non funzionale. Per testare l'effetto di questo recettore disfunzionale sulle difese della pianta, il team ha iniziato a incrociare le piante per il loro esperimento. Attraverso una serie di incroci genetici e reincroci tra il mutante e una variante standard di fagiolo che rispondeva a In11, hanno creato piante sorelle quasi identiche geneticamente tranne che per la presenza o assenza del recettore funzionale dell'inceptina. "Eravamo solo allevatori e ci sono voluti diversi anni", ricorda Steinbrenner.

Quando queste due sorelle sono state messe fianco a fianco in laboratorio e in campo, le conseguenze di avere un allarme inceptina rotto sono state piuttosto gravi per le piante di fagiolo. Prima, i ricercatori hanno esaminato le difese dirette - i cambiamenti chimici e fisici che la pianta subisce per rendere le sue foglie meno appetibili per i bruchi e quindi ostacolarne la crescita. Quando i bruchi si sono nutriti dei fagioli mutanti con recettori inceptina inattivi, hanno fatto una bella scorpacciata. In un periodo di alimentazione di cinque giorni, il loro tasso di crescita era superiore del 70% rispetto alle piante con un recettore funzionante.