On yıllardır bilim insanları, bitkilerin kendilerini yiyen canlıların (tırtıllar gibi) doğal düşmanlarını çağırmak için uçucu organik bileşikler -esasen havadaki kimyasal sinyaller- salabildiğini biliyorlardı. Bilmedikleri şey, bir bitkinin yenme eylemini nasıl olup da belirli bir yırtıcı çağırma imdat sinyaline dönüştürdüğüydü. Şimdi, Washington Üniversitesi biyoloğu Adam Steinbrenner liderliğindeki bir ekip, laboratuvarda ve Meksika'nın Oaxaca kentindeki tarım alanlarında yaygın fasulye bitkileriyle yıllarca süren deneylerin ardından, tırtıl karşıtı savunma sistemini yöneten tek bir bağışıklık reseptörü belirledi.

Otçul bir böcek (tırtıl gibi) bir bitkiyle beslendiğinde, tükürüğünü doğrudan bitkinin hasarlı dokularına enjekte eder. Bu tükürük, HAMP'ler (otçul ilişkili moleküler modeller) adı verilen biyolojik ipuçları içerir. HAMP moleküllerinden biri, inseptin adlı bir peptittir ve inseptinin In11 adlı 11 amino asitlik bir parçası vardır. Her ikisinin de kloroplastlarda bulunan ATP sentazın bir parçası olduğu ortaya çıktı - temelde bitkinin kendi proteinlerinden birinin bir parçası. Tırtıl yaprağı yuttuğunda, bağırsak enzimleri bitkinin hücresel motorlarını parçalar ve In11 de dahil olmak üzere parçaları son derece düşük konsantrasyonlarda da olsa yaprağın yüzeyine kusulur.

Milyonlarca yıl boyunca, yaygın fasulye gibi bitkiler, yalnızca In11'i tespit etmek için inseptin reseptörü adı verilen özelleşmiş bir hücre yüzeyi reseptörü geliştirdi. Bu reseptör In11 ile etkileşime girdiğinde, bitki hücrelerinde bir sinyal kaskadı başlatarak bağışıklık tepkilerini başlatır. Bununla birlikte, bu spesifik reseptörün yırtıcı çağıran sinyallerin salınmasından sorumlu olduğunu kanıtlamak son derece zordu. Steinbrenner, "Bunu yapmak için heyecanlıydık, ancak mükemmel karşılaştırma bitkilerine ihtiyacımız vardı - reseptörü olmayan bitkiler ile sağlam reseptöre sahip olanlar," diyor.

Sorun şu ki, yaygın fasulye bitkilerinin genetik olarak değiştirilmesi son derece zordur, bu nedenle gen susturma gibi olağan modern teknikler masadan kalktı. Değiştirilmesi daha kolay bir bitki seçmek de masadan kalktı çünkü reseptör yalnızca belirli fasulye türlerinde bulunuyor. Bunu aşmak için ekibi, ihtiyaç duydukları değişiklikleri eski usul yöntemle -seçici yetiştirme yoluyla- tanıtmak zorunda kaldı. İlk adım, susturulmuş bir In11 reseptörüne sahip yaygın bir fasulye bitkisi bulmaktı. In11'e maruz kaldıklarında klasik bir bitki stres göstergesi olan etilen gazı üretemeyen çeşitleri arayarak geniş bir Mezoamerikan fasulye panelini taradılar. Test edilen 89 çeşitten ikisinin peptiti tamamen görmezden geldiğini buldular. Bu ikisinden W6 13807 adlı bir Honduras türünü seçtiler.

Araştırmacılar bu duyarsız fasulyenin genomunu dizilediklerinde, inseptin reseptörünü kodlayan gende doğal olarak oluşan 103 baz çiftlik bir silinme buldular. Bu mutasyon, reseptörün önemli bir parçasını silerek kesik, işlevsiz bir proteinle sonuçlanır. Bu işlevsiz reseptörün bitkinin savunması üzerindeki etkisini test etmek için ekip, deneyleri için bitkileri yetiştirmeye başladı. Mutant ile In11'e yanıt veren standart bir fasulye varyantı arasında bir dizi genetik çaprazlama ve geri çaprazlama yoluyla, işlevsel inseptin reseptörünün varlığı veya yokluğu dışında neredeyse genetik olarak aynı olan kardeş bitkiler yarattılar. Steinbrenner, "Sadece yetiştiriciydik ve bu birkaç yıl sürdü," diye anımsıyor.

Bu iki kardeş laboratuvarda ve tarlada yan yana konulduğunda, kırık bir inseptin alarmına sahip olmanın sonuçları fasulye bitkileri için oldukça vahimdi. İlk olarak, araştırmacılar doğrudan savunmaları incelediler - bitkinin yapraklarını tırtıllar için daha az lezzetli hale getirmek ve böylece büyümelerini engellemek için geçirdiği kimyasal ve fiziksel değişiklikler. Tırtıllar, etkin olmayan inseptin reseptörlerine sahip mutant fasulyelerle beslendiğinde, tam anlamıyla bayram ettiler. Beş günlük bir beslenme süresi boyunca, büyüme hızları işlevsel bir reseptöre sahip bitkilerdekinden yüzde 70'ten fazla daha yüksekti.