Wetenschappers weten al tientallen jaren dat planten vluchtige organische stoffen kunnen afgeven - in wezen chemische signalen in de lucht - om de natuurlijke vijanden op te roepen van de beestjes die ze opeten, zoals rupsen. Wat ze niet wisten, was precies hoe een plant de fysieke handeling van het opgegeten worden vertaalt in een specifiek, predator-ophaalend noodsignaal. Nu, na jaren van experimenteren met gewone bonenplanten in het lab en in de landbouwvelden van Oaxaca, Mexico, heeft een team onder leiding van Adam Steinbrenner, bioloog aan de Universiteit van Washington, een enkele immuunreceptor geïdentificeerd die het anti-rups verdedigingssysteem orkestreert.

Wanneer een herbivore insect zoals een rups zich voedt met een plant, brengt het zijn speeksel rechtstreeks in de beschadigde weefsels van de plant. Dit speeksel bevat biologische aanwijzingen, HAMPs genaamd: herbivoor-geassocieerde moleculaire patronen. Een van de HAMPs-moleculen is een peptide genaamd inceptine, en er is een 11-aminozuurfragment van inceptine genaamd In11. Beide blijken een fragment te zijn van het ATP-synthase dat in chloroplasten wordt aangetroffen - in feite een stukje van een van de eigen eiwitten van de plant. Terwijl de rups het blad opeet, hakken zijn darmenzymen de cellulaire motoren van de plant in stukjes, en hun onderdelen, waaronder In11, worden weer uitgebraakt op het bladoppervlak, zij het in extreem kleine concentraties.

In de loop van miljoenen jaren hebben planten zoals de gewone boon een gespecialiseerde celoppervlaktereceptor ontwikkeld, de inceptinereceptor genaamd, specifiek om In11 te detecteren. Wanneer deze receptor interageert met In11, start het een signaalcascade in de cellen van de plant, die immuunreacties in gang zet. Bewijzen dat deze specifieke receptor verantwoordelijk is voor het vrijgeven van predator-ophalende signalen was echter uiterst lastig. "We waren enthousiast om dat te doen, maar we hadden de perfecte vergelijkingsplanten nodig - planten zonder de receptor versus planten met de intacte receptor," zegt Steinbrenner.

Het probleem was dat gewone bonenplanten berucht moeilijk genetisch te modificeren zijn, dus de gebruikelijke moderne technieken zoals genuitschakeling waren niet mogelijk. Het kiezen van een makkelijker te modificeren plant was ook geen optie, omdat de receptor alleen in bepaalde bonensoorten voorkomt. Om dit te omzeilen, moest zijn team de benodigde modificaties op de ouderwetse manier introduceren - door middel van selectieve veredeling. De eerste stap was het vinden van een gewone bonenplant met een gedempte In11-receptor. Ze screenden een enorme verzameling Meso-Amerikaanse bonen, op zoek naar variëteiten die geen ethyleengas produceerden, een klassieke plantenstressindicator, bij blootstelling aan In11. Van de 89 geteste variëteiten vonden ze er twee die het peptide volledig negeerden. Van deze twee kozen ze een Hondurese stam genaamd W6 13807.

Toen de onderzoekers het genoom van deze ongevoelige boon sequenden, ontdekten ze dat het een natuurlijke dele.tie van 103 basenparen had in het gen dat codeert voor de inceptinereceptor. Deze mutatie verwijdert een cruciaal deel van de receptor, wat resulteert in een afgeknot, niet-functioneel eiwit. Om het effect van deze disfunctionele receptor op de verdediging van de plant te testen, begon het team de planten te kweken voor hun experiment. Door een reeks genetische kruisingen en terugkruisingen tussen de mutant en een standaard bonenvariant die reageerde op In11, creëerden ze zusterplanten die bijna identiek waren, behalve de aan- of afwezigheid van de functionele inceptinereceptor. "We waren gewoon bezig als veredelaars en dat duurde enkele jaren," herinnert Steinbrenner zich.

Toen deze twee zusters naast elkaar werden gezet in het lab en in het veld, waren de gevolgen van een kapot inceptine-alarm nogal ernstig voor de bonenplanten. Eerst onderzochten de onderzoekers directe verdedigingen - de chemische en fysieke veranderingen die de plant ondergaat om zijn bladeren minder smakelijk te maken voor rupsen en zo hun groei te belemmeren. Toen rupsen zich voedden met de mutante bonen met inactieve inceptinereceptoren, hadden ze een velddag. Gedurende een voedingsperiode van vijf dagen was hun groeisnelheid meer dan 70 procent hoger dan op de planten met een functionele receptor.