I årtionden har forskare vetat att växter kan frigöra flyktiga organiska föreningar – i princip luftburna kemiska signaler – för att kalla på de naturliga fienderna till det som äter dem, som larver. Vad de inte visste var exakt hur en växt översätter den fysiska akten att bli uppäten till en specifik, rovdjurskallande nödsignal. Nu, efter år av experiment med vanliga bönväxter i labbet och på jordbruksfälten i Oaxaca, Mexiko, har ett team lett av University of Washington-biologen Adam Steinbrenner identifierat en enda immunreceptor som orkestrerar anti-larvförsvarssystemet.

När en växtätande insekt som en larv äter på en växt, introducerar den sitt saliv direkt i växtens skadade vävnader. Detta saliv innehåller biologiska ledtrådar som kallas HAMP: växtätarassocierade molekylära mönster. En av HAMP-molekylerna är en peptid som kallas inceptin, och det finns en 11-aminosyrafragment av inceptin som heter In11. Båda visar sig vara ett fragment av ATP-syntas som finns i kloroplaster – i princip en bit av växtens egna proteiner. När larven äter bladet, hackar dess tarmenzymer upp växtens cellmotorer och deras bitar, inklusive In11, och kräks upp på bladytan, om än i extremt små koncentrationer.

Under miljontals år har växter som den vanliga bönan utvecklat en specialiserad cellytereceptor som kallas inceptinreceptorn just för att upptäcka In11. När denna receptor interagerar med In11, sätter den igång en signaleringskaskad i växtens celler, vilket initierar immunsvar. Att bevisa att just denna receptor är ansvarig för att frigöra rovdjurskallande signaler var dock extremt knepigt. ”Vi var glada över att göra det, men vi behövde de perfekta jämförelseväxterna – växter som saknar receptorn jämfört med de som har intakt receptor”, säger Steinbrenner.

Problemet var att vanliga bönväxter är notoriskt svåra att genetiskt modifiera, så de vanliga moderna teknikerna som genystring var uteslutna. Att välja en lättare modifierbar växt var också uteslutet eftersom receptorn bara finns i vissa bönarter. För att komma runt detta var hans team tvungna att införa de nödvändiga modifieringarna på gammaldags vis – genom selektiv förädling. Första steget var att hitta en vanlig bönväxt med en dämpad In11-receptor. De screenade en massiv panel av mesoamerikanska bönor och letade efter sorter som misslyckades med att producera etylengas, en klassisk växtstressindikator, när de exponerades för In11. Av 89 testade sorter hittade de två som helt ignorerade peptiden. Av dessa två valde de en honduransk stam som heter W6 13807.

När forskarna sekvenserade genomet hos denna okänsliga böna fann de att den hade en naturlig 103-baspars deletion i genen som kodar för inceptinreceptorn. Denna mutation tar bort en avgörande bit av receptorn, vilket resulterar i ett trunkerat, icke-funktionellt protein. För att testa effekten av denna dysfunktionella receptor på växtens försvar började teamet förädla växterna för sitt experiment. Genom en serie genetiska korsningar och återkorsningar mellan mutanten och en standardbönvariant som svarade på In11, skapade de syskonväxter som var nästan identiska genetiskt förutom närvaron eller frånvaron av den funktionella inceptinreceptorn. ”Vi var bara förädlare och det tog flera år”, minns Steinbrenner.

När dessa två syskon ställdes sida vid sida i labbet och på fältet, var konsekvenserna av att ha ett trasigt inceptinalarm ganska allvarliga för bönväxterna. Först undersökte forskarna direkta försvar – de kemiska och fysiska förändringar som växten genomgår för att göra sina blad mindre aptitliga för larver och därmed hindra deras tillväxt. När larver åt på mutantbönorna med inaktiva inceptinreceptorer hade de en fest. Under en femdagars utfodringsperiod var deras tillväxthastighet över 70 procent högre än på växterna med en funktionell receptor.