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La polilla de espalda de diamante usa sustancias de defensa de las plantas como señales de oviposición

La polilla de espalda de diamante usa sustancias de defensa de las plantas como señales de oviposición
Una polilla de espalda de diamante (Plutella xylostella) en la hoja de la planta modelo Arabidopsis thaliana, que es un miembro de la familia de las crucíferas y utiliza el mismo mecanismo de defensa que el repollo. Este insecto plaga, que está muy extendido en todo el mundo, está adaptado a la defensa química del repollo y cultivos relacionados. También es difícil de controlar químicamente porque rápidamente desarrolla resistencia a los insecticidas. Crédito: Benjamin Fabian, Instituto Max Planck de Ecología Química

Un equipo de investigación de la Universidad Agrícola de Nanjing en Nanjing, China, y el Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, demostró que los isotiocianatos producidos por las plantas crucíferas para defenderse de las plagas sirven como señales de oviposición. 


por Max Planck Society


Las sustancias de defensa de las plantas sirven como señales de olor para que las hembras de la polilla del dorso de diamante pongan sus huevos en estas plantas. Los científicos identificaron dos receptores olfativos cuya única función es detectar estas sustancias de defensa y guiar a las polillas a los sitios ideales de oviposición. Descubrieron el mecanismo molecular que explica por qué algunos insectos que se especializan en alimentarse de ciertas plantas hospedadoras son atraídos por sustancias que supuestamente mantienen alejadas a las plagas. El estudio se informa en Current Biology.

De repelente a atrayente

Las plantas crucíferas, como el repollo, la colza, la mostaza y el rábano picante, producen glucosinolatos. Tras el daño mecánico de los tejidos vegetales (por ejemplo, causado por un insecto masticador), los glucosinolatos son hidrolizados por la enzima mirosinasa endógena de la planta. Esto conduce a la formación de una variedad de productos de degradación tóxicos, principalmente isotiocianatos, para defenderse de insectos voraces. Este mecanismo de defensa es muy eficaz contra la mayoría de los herbívoros. Sin embargo, la polilla del lomo de diamante, Plutella xylostella, ha desarrollado mecanismos propios para burlar esta defensa: es capaz de alimentarse con éxito de plantas de la familia de las coles y utilizarlas para sus propios fines reproductivos.

«Queríamos saber si las polillas usan isotiocianatos como señales de olor para localizar sus plantas hospedantes. De hecho, los experimentos de comportamiento mostraron que tres isotiocianatos son señales clave para que las polillas hembras ubiquen y pongan huevos en plantas crucíferas», dice el líder del estudio Shuang-Lin Dong de la Universidad Agrícola de Nanjing.

Dos receptores olfativos especializados en isotiocianatos controlan la puesta de huevos

La principal pregunta científica era, ¿cuáles son los mecanismos moleculares en los que las polillas Plutella xylostella hembras basan su elección del sitio de oviposición? Por lo tanto, los investigadores analizaron qué receptores olfativos estaban altamente expresados ​​en las polillas hembras y estudiaron la función de estos receptores en los ovocitos de rana. «Con este método, pudimos investigar a qué olores respondía un receptor individual. Demostramos que dos receptores, OR35 y OR49, respondían a los tres isotiocianatos que habíamos identificado previamente como cruciales para la oviposición», dice Markus Knaden de el Instituto Max Planck en Jena.

Estos dos receptores no respondieron a ningún otro olor relacionado con las plantas ni a las feromonas sexuales de las polillas. Presumiblemente, OR35 y OR49 evolucionaron para detectar con precisión esas señales de puesta de huevos. «Nos sorprendió que incluso dos receptores estén sintonizados específicamente con los isotiocianatos. Sin embargo, los dos receptores detectan los isotiocianatos con diferentes sensibilidades. Presumimos que el receptor más sensible podría asegurar que las polillas hembras ubiquen las plantas a distancia, mientras que el otro puede ayudar a proporcionar una detección más precisa de la concentración de isotiocianato . Esto le dará a las polillas hembras más información sobre el sustrato en el que pondrán sus huevos «, dice Shuang-Lin Dong.

Validación de la función genética mediante técnicas de eliminación del gen CRISPR-Cas9

Los investigadores utilizaron las tijeras genéticas CRISPR-Cas9 para eliminar los genes que codifican los dos receptores en las polillas. Este método se utiliza para probar la función de un gen específico. Para los ensayos de puesta de huevos, utilizaron plantas del berro del thale Arabidopsis thaliana, una planta modelo que pertenece a la familia de las crucíferas.

Algunas de estas plantas no estaban modificadas y producían isotiocianatos que eran atractivos para las polillas, mientras que las otras eran mutantes que no podían producir isotiocianatos. Cuando uno de los dos receptores se inactivó, las polillas pusieron considerablemente menos huevos en las plantas emisoras de isotiocianatos. Cuando se eliminaron ambos receptores, las polillas no pudieron discriminar entre las plantas de Arabidopsis no modificadas y las plantas mutantes.

Tramposos en las interacciones planta-insecto

En el curso de la evolución, las plantas han desarrollado diversas estrategias para defenderse de los herbívoros. Una parte crucial de la interacción planta-insecto es la comunicación química. «En la mayoría de los casos, es útil que una planta comunique a los herbívoros potenciales que su sistema de defensa ya está activado. Sin embargo, siempre habrá alguien que haga un mal uso de la comunicación para su propio beneficio, como en nuestro caso la polilla de la espalda de diamante, que usa una señal de defensa de la planta como atrayente y pone huevos y se propaga en esta planta «, dice Markus Knaden.

Descubrir cómo estos «tramposos» burlan las defensas de las plantas e incluso las utilizan para sus propios fines podría ayudar a mejorar el control de las plagas globales de los cultivos (como la polilla del lomo de diamante ): «Nuestros resultados ofrecen varios enfoques para controlar esta plaga: en uno Por otro lado, podríamos utilizar los isotiocianatos identificados u otras sustancias atractivas como atrayentes para atrapar estas plagas. Por otro lado, podríamos intentar desarrollar agentes químicos para interrumpir o bloquear la percepción de los isotiocianatos y así interferir con la ubicación de las hembras de su plantas hospedantes «, resume Shuang-Lin Dong.

Se planean más investigaciones para estudiar si otros insectos que atacan las plantas crucíferas también usan receptores especiales para detectar isotiocianatos y ubicar las plantas para la oviposición. Los resultados pueden proporcionar información sobre el grado en que la percepción de estos olores por receptores especializados también se conserva en otras especies.


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