Por décadas, os cientistas sabem que as plantas podem liberar compostos orgânicos voláteis - essencialmente sinais químicos transportados pelo ar - para convocar os inimigos naturais das coisas que as comem, como lagartas. O que eles não sabiam era exatamente como uma planta traduz o ato físico de ser comida em um sinal de socorro específico que atrai predadores. Agora, após anos de experimentos com plantas de feijão comum no laboratório e nos campos agrícolas de Oaxaca, no México, uma equipe liderada pelo biólogo da Universidade de Washington, Adam Steinbrenner, identificou um único receptor imunológico que orquestra o sistema de defesa antilagarta.
Quando um inseto herbívoro, como uma lagarta, se alimenta de uma planta, ele introduz sua saliva diretamente nos tecidos danificados da planta. Essa saliva contém pistas biológicas chamadas HAMPs: padrões moleculares associados a herbívoros. Uma das moléculas HAMPs é um peptídeo chamado inceptina, e há um fragmento de 11 aminoácidos da inceptina chamado In11. Ambos são, na verdade, um fragmento da ATP sintase encontrada nos cloroplastos - basicamente um pedaço de uma das próprias proteínas da planta. À medida que a lagarta ingere a folha, suas enzimas intestinais picam os motores celulares da planta e seus pedaços, incluindo In11, são regurgitados de volta à superfície da folha, embora em concentrações extremamente pequenas.
Ao longo de milhões de anos, plantas como o feijão comum evoluíram um receptor especializado na superfície celular chamado receptor de inceptina apenas para detectar In11. Quando esse receptor interage com In11, desencadeia uma cascata de sinalização nas células da planta, iniciando respostas imunológicas. Provar que esse receptor específico é responsável por liberar sinais que atraem predadores, no entanto, foi extremamente complicado. "Estávamos animados para fazer isso, mas precisávamos das plantas de comparação perfeitas - plantas sem o receptor versus aquelas com o receptor intacto", diz Steinbrenner.
O problema era que as plantas de feijão comum são notoriamente difíceis de modificar geneticamente, então as técnicas modernas usuais, como silenciamento gênico, estavam fora de questão. Escolher uma planta mais fácil de modificar também estava fora de questão, porque o receptor está presente apenas em certas espécies de feijão. Para contornar isso, sua equipe teve que introduzir as modificações necessárias à moda antiga - através do melhoramento seletivo. O primeiro passo foi encontrar uma planta de feijão comum com um receptor In11 silenciado. Eles examinaram um painel massivo de feijões mesoamericanos, procurando variedades que não produzissem gás etileno, um indicador clássico de estresse vegetal, quando expostas a In11. Das 89 variedades testadas, encontraram duas que ignoravam completamente o peptídeo. Destas duas, escolheram uma cepa hondurenha chamada W6 13807.
Quando os pesquisadores sequenciaram o genoma desse feijão insensível, descobriram que ele tinha uma deleção natural de 103 pares de bases no gene que codifica o receptor de inceptina. Essa mutação deleta um pedaço crucial do receptor, resultando em uma proteína truncada e não funcional. Para testar o efeito desse receptor disfuncional nas defesas da planta, a equipe começou a cruzar as plantas para seu experimento. Através de uma série de cruzamentos genéticos e retrocruzamentos entre o mutante e uma variante padrão de feijão que era responsiva a In11, eles criaram plantas irmãs que eram quase idênticas geneticamente, exceto pela presença ou ausência do receptor de inceptina funcional. "Estávamos apenas sendo criadores e isso levou vários anos", lembra Steinbrenner.
Quando essas duas irmãs foram colocadas lado a lado no laboratório e no campo, as consequências de ter um alarme de inceptina quebrado foram bastante graves para as plantas de feijão. Primeiro, os pesquisadores examinaram as defesas diretas - as mudanças químicas e físicas que a planta sofre para tornar suas folhas menos palatáveis para lagartas e, assim, dificultar seu crescimento. Quando as lagartas se alimentaram dos feijões mutantes com receptores de inceptina inativos, elas tiveram um dia de campo. Durante um período de alimentação de cinco dias, sua taxa de crescimento foi mais de 70% maior do que nas plantas com um receptor funcional.