Od dziesięcioleci naukowcy wiedzą, że rośliny potrafią uwalniać lotne związki organiczne – zasadniczo powietrzne sygnały chemiczne – aby przywołać naturalnych wrogów stworzeń, które je zjadają, takich jak gąsienice. Czego nie wiedzieli, to dokładnie, w jaki sposób roślina przekłada fizyczny akt bycia zjadanym na specyficzny sygnał alarmowy przywołujący drapieżniki. Teraz, po latach eksperymentów z fasolą zwyczajną w laboratorium i na polach rolniczych w Oaxaca w Meksyku, zespół kierowany przez biologa z University of Washington, Adama Steinbrennera, zidentyfikował pojedynczy receptor odpornościowy, który koordynuje system obrony przed gąsienicami.

Gdy roślinożerny owad, taki jak gąsienica, żeruje na roślinie, wprowadza swoją ślinę bezpośrednio do uszkodzonych tkanek rośliny. Ślina ta zawiera biologiczne wskazówki zwane HAMP: wzorce molekularne związane z roślinożercami. Jedną z cząsteczek HAMP jest peptyd zwany inceptyną, a istnieje 11-aminokwasowy fragment inceptyny nazwany In11. Okazuje się, że oba są fragmentem syntazy ATP znajdującej się w chloroplastach – zasadniczo kawałkiem jednego z własnych białek rośliny. Gdy gąsienica połyka liść, jej enzymy jelitowe rozkładają komórkowe silniki rośliny i ich fragmenty, w tym In11, które są zwracane na powierzchnię liścia, choć w bardzo małych stężeniach.

Przez miliony lat rośliny takie jak fasola zwyczajna wyewoluowały wyspecjalizowany receptor powierzchniowy zwany receptorem inceptyny, aby wykrywać In11. Kiedy receptor ten wchodzi w interakcję z In11, uruchamia kaskadę sygnałową w komórkach rośliny, inicjując odpowiedzi odpornościowe. Udowodnienie, że ten konkretny receptor jest odpowiedzialny za uwalnianie sygnałów przywołujących drapieżniki, było jednak niezwykle trudne. „Byliśmy podekscytowani, że możemy to zrobić, ale potrzebowaliśmy idealnych roślin porównawczych – roślin pozbawionych receptora w porównaniu z tymi, które mają nienaruszony receptor” – mówi Steinbrenner.

Problem polegał na tym, że fasola zwyczajna jest notorycznie trudna do modyfikacji genetycznej, więc zwykłe nowoczesne techniki, takie jak wyciszanie genów, nie wchodziły w grę. Wybór łatwiejszej do modyfikacji rośliny również nie wchodził w grę, ponieważ receptor występuje tylko u niektórych gatunków fasoli. Aby to obejść, jego zespół musiał wprowadzić potrzebne modyfikacje staromodną metodą – przez selektywną hodowlę. Pierwszym krokiem było znalezienie rośliny fasoli zwyczajnej z wyciszonym receptorem In11. Przeskanowali ogromną pulę fasoli mezoamerykańskiej, szukając odmian, które nie wytwarzały gazu etylenowego, klasycznego wskaźnika stresu roślin, po wystawieniu na działanie In11. Spośród 89 testowanych odmian znaleźli dwie, które całkowicie ignorowały peptyd. Z tych dwóch wybrali honduraską odmianę o nazwie W6 13807.

Kiedy naukowcy zsekwencjonowali genom tej niewrażliwej fasoli, odkryli, że ma ona naturalną delecję 103 par zasad w genie kodującym receptor inceptyny. Mutacja ta usuwa kluczowy fragment receptora, co skutkuje skróconym, niefunkcjonalnym białkiem. Aby przetestować wpływ tego dysfunkcyjnego receptora na obronę rośliny, zespół rozpoczął hodowlę roślin do eksperymentu. Poprzez serię krzyżówek genetycznych i krzyżowań wstecznych między mutantem a standardową odmianą fasoli reagującą na In11, stworzyli rośliny siostrzane, które były prawie identyczne genetycznie, z wyjątkiem obecności lub braku funkcjonalnego receptora inceptyny. „Po prostu byliśmy hodowcami i zajęło to kilka lat” – wspomina Steinbrenner.

Kiedy te dwie siostrzane rośliny zostały umieszczone obok siebie w laboratorium i w terenie, konsekwencje posiadania zepsutego alarmu inceptynowego były dość poważne dla roślin fasoli. Po pierwsze, naukowcy zbadali bezpośrednie mechanizmy obronne – zmiany chemiczne i fizyczne, jakie roślina przechodzi, aby jej liście były mniej smaczne dla gąsienic, a tym samym utrudniały ich wzrost. Kiedy gąsienice żerowały na mutantach fasoli z nieaktywnymi receptorami inceptyny, miały używanie. W ciągu pięciodniowego okresu żerowania ich tempo wzrostu było o ponad 70 procent wyższe niż na roślinach z funkcjonalnym receptorem.