Десятилетиями учёные знали, что растения могут выделять летучие органические соединения — по сути, воздушные химические сигналы — чтобы призвать естественных врагов тех, кто их ест, например гусениц. Чего они не знали, так это того, как именно растение переводит физический акт поедания в специфический сигнал бедствия, призывающий хищников. Теперь, после многолетних экспериментов с обычной фасолью в лаборатории и на сельскохозяйственных полях Оахаки, Мексика, команда под руководством биолога из Вашингтонского университета Адама Штайнбреннера определила единственный иммунный рецептор, который управляет системой защиты от гусениц.

Когда травоядное насекомое, например гусеница, питается растением, оно вводит свою слюну прямо в повреждённые ткани растения. Эта слюна содержит биологические подсказки, называемые HAMP: молекулярные паттерны, ассоциированные с травоядными. Одна из молекул HAMP — это пептид под названием инцептин, и существует фрагмент инцептина из 11 аминокислот, названный In11. Оба оказываются фрагментом АТФ-синтазы, обнаруженной в хлоропластах — по сути, частью одного из собственных белков растения. Когда гусеница поедает лист, её кишечные ферменты расщепляют клеточные двигатели растения, и их части, включая In11, срыгиваются обратно на поверхность листа, хотя и в чрезвычайно малых концентрациях.

За миллионы лет растения, такие как обычная фасоль, эволюционировали, создав специализированный рецептор на поверхности клеток — рецептор инцептина — специально для обнаружения In11. Когда этот рецептор взаимодействует с In11, в клетках растения запускается сигнальный каскад, инициирующий иммунные реакции. Однако доказать, что именно этот рецептор отвечает за выделение сигналов, призывающих хищников, было чрезвычайно сложно. «Мы были рады это сделать, но нам нужны были идеальные растения для сравнения — растения, лишённые рецептора, против тех, у кого он есть», — говорит Штайнбреннер.

Проблема заключалась в том, что обычную фасоль чрезвычайно трудно генетически модифицировать, поэтому обычные современные методы, такие как подавление генов, были недоступны. Выбрать более лёгкое для модификации растение тоже было нельзя, потому что рецептор присутствует только у определённых видов фасоли. Чтобы обойти это, его команде пришлось вводить необходимые модификации старомодным способом — через селекционное разведение. Первым шагом было найти растение обычной фасоли с приглушённым рецептором In11. Они проверили огромную панель мезоамериканской фасоли в поисках сортов, которые не выделяли этилен — классический индикатор стресса растений — при воздействии In11. Из 89 протестированных сортов они нашли два, которые полностью игнорировали пептид. Из этих двух они выбрали гондурасский штамм под названием W6 13807.

Когда исследователи секвенировали геном этой нечувствительной фасоли, они обнаружили естественную делецию в 103 пары оснований в гене, кодирующем рецептор инцептина. Эта мутация удаляет критическую часть рецептора, в результате чего получается усечённый, нефункциональный белок. Чтобы проверить влияние этого дисфункционального рецептора на защиту растения, команда начала разводить растения для своего эксперимента. Путём серии генетических скрещиваний и обратных скрещиваний между мутантом и стандартным вариантом фасоли, реагирующим на In11, они создали родственные растения, которые были почти идентичны генетически, за исключением наличия или отсутствия функционального рецептора инцептина. «Мы просто занимались селекцией, и это заняло несколько лет», — вспоминает Штайнбреннер.

Когда эти два родственных растения были помещены рядом в лаборатории и в поле, последствия сломанной сигнализации инцептина оказались довольно плачевными для растений фасоли. Сначала исследователи изучили прямую защиту — химические и физические изменения, которые растение претерпевает, чтобы сделать свои листья менее привлекательными для гусениц и тем самым замедлить их рост. Когда гусеницы питались мутантной фасолью с неактивными рецепторами инцептина, они отрывались по полной. За пятидневный период кормления их скорость роста была более чем на 70% выше, чем на растениях с функциональным рецептором.