Timp de decenii, oamenii de știință au știut că plantele pot elibera compuși organici volatili - practic semnale chimice aeriene - pentru a chema dușmanii naturali ai celor care le mănâncă, cum ar fi omizile. Ceea ce nu știau era exact cum traduce planta actul fizic de a fi mâncată într-un semnal de alarmă specific, care cheamă prădătorii. Acum, după ani de experimente cu plante de fasole obișnuită în laborator și pe câmpurile agricole din Oaxaca, Mexic, o echipă condusă de biologul Adam Steinbrenner de la Universitatea din Washington a identificat un singur receptor imunitar care orchestrează sistemul de apărare anti-omizi.

Când un insect erbivor, cum ar fi o omidă, se hrănește cu o plantă, își introduce saliva direct în țesuturile deteriorate ale plantei. Această salivă conține indicii biologice numite HAMP: modele moleculare asociate erbivorelor. Una dintre moleculele HAMP este un peptid numit inceptin, și există un fragment de 11 aminoacizi al inceptinului numit In11. Ambele se dovedesc a fi un fragment al ATP-sintazei găsite în cloroplaste - practic o bucată dintr-una dintre propriile proteine ale plantei. Pe măsură ce omida ingeră frunza, enzimele sale intestinale descompun motoarele celulare ale plantei și bucățile lor, inclusiv In11, sunt regurgitate pe suprafața frunzei, deși în concentrații extrem de mici.

De-a lungul a milioane de ani, plante precum fasolea obișnuită au evoluat un receptor specializat la suprafața celulelor, numit receptor de inceptin, doar pentru a detecta In11. Când acest receptor interacționează cu In11, declanșează o cascadă de semnalizare în celulele plantei, inițiind răspunsuri imunitare. A demonstra că acest receptor specific este responsabil pentru eliberarea semnalelor care cheamă prădătorii a fost însă extrem de dificil. „Eram entuziasmați să facem asta, dar aveam nevoie de plantele de comparație perfecte - plante lipsite de receptor versus cele care au receptorul intact”, spune Steinbrenner.

Problema era că plantele de fasole obișnuită sunt notoriu de greu de modificat genetic, așa că tehnicile moderne obișnuite, cum ar fi tăcerea genelor, nu erau o opțiune. Nici alegerea unei plante mai ușor de modificat nu era o opțiune, deoarece receptorul este prezent doar la anumite specii de fasole. Pentru a ocoli problema, echipa sa a trebuit să introducă modificările necesare în mod tradițional - prin reproducere selectivă. Primul pas a fost să găsească o plantă de fasole obișnuită cu un receptor In11 atenuat. Au examinat un panou masiv de fasole mezoamericană, căutând varietăți care nu produceau gaz etilenă, un indicator clasic de stres al plantelor, atunci când erau expuse la In11. Din 89 de varietăți testate, au găsit două care ignorau complet peptidul. Dintre acestea, au ales o tulpină honduriană numită W6 13807.

Când cercetătorii au secvențiat genomul acestei fasole insensibile, au descoperit că avea o deleție naturală de 103 perechi de baze în gena care codifică receptorul de inceptin. Această mutație șterge o bucată crucială a receptorului, rezultând o proteină trunchiată, nefuncțională. Pentru a testa efectul acestui receptor disfuncțional asupra apărării plantei, echipa a început să încrucișeze plantele pentru experiment. Printr-o serie de încrucișări genetice și retroîncrucișări între mutant și o variantă standard de fasole care răspundea la In11, au creat plante soră aproape identice genetic, cu excepția prezenței sau absenței receptorului funcțional de inceptin. „Am fost doar crescători și asta a durat câțiva ani”, își amintește Steinbrenner.

Când aceste două surori au fost puse una lângă alta în laborator și pe câmp, consecințele unei alarme de inceptin stricate au fost destul de grave pentru plantele de fasole. În primul rând, cercetătorii au examinat apărările directe - modificările chimice și fizice pe care le suferă planta pentru a face frunzele mai puțin apetisante pentru omizi și a le împiedica astfel creșterea. Când omizile s-au hrănit cu fasolea mutantă cu receptori de inceptin inactivi, au avut o zi de câmp. Pe o perioadă de hrănire de cinci zile, rata lor de creștere a fost cu peste 70% mai mare decât la plantele cu un receptor funcțional.