Overskud af sukker hjælper hvidfluer med at afgifte planteforsvaret

Når man angriber korsblomstre, den saftsugende hvidflue Bemisia tabaci kan aktivere disse planters kemiske forsvar. I en ny undersøgelse, et internationalt hold af forskere påviste, at skadedyret er i stand til at uskadeliggøre en stor del af plantegiftene ved at binde overskudssukker til dem. Hvidfluen anvender således en helt ny og indtil nu ubeskrevet afgiftningsmekanisme for at uskadeliggøre planternes forsvar, hvilket kunne forklare succesen med denne store landbrugsskadedyr. Undersøgelsen er publiceret i Naturens kemiske biologi .

Verdensomspændende frygtede afgrødeskadedyr af hundredvis af plantearter

Hvidfluer er en familie af saftsugende insekter, der lever af planters sukkerholdige floem. Sølvbladet hvidflue Bemisia tabaci er særligt udbredt på verdensplan og er meget frygtet som et landbrugsskadedyr. Strengt taget, det er ikke en enkelt art, men et kompleks af omkring to dusin arter, der næsten ikke kan skelnes.

Selve skaden på planterne opstår, når insekterne udskiller sød honningdug, som får svampe til at kolonisere planterne, og fra de mange forskellige plantevirus, der overføres af insekterne. For forskere, der studerer afgiftningsmekanismerne for planteskadedyr, Bemisia tabaci er et særligt interessant studiesystem.

"Dette skadedyr er måske en af, hvis ikke det meste, vellykket floemfodring af insekter i verden, fundet på hundredvis af forskellige plantearter til dato. Den møder et varierende landskab af kemiske forsvarsforbindelser i sin kost, " siger Michael Esson, en af ​​de to første forfattere af undersøgelsen, der er doktorgradsforsker ved Max Planck Institute for Chemical Ecology. Af denne grund, han slog sig sammen med et internationalt forskerhold, hvor det hebraiske universitet i Jerusalem spiller en nøglerolle, at finde ud af, hvad der gør Bemisia tabaci til et så vellykket skadedyr, og hvordan det håndterer det kemiske forsvar af sine fødeplanter.

Teamet omkring projektgruppeleder Daniel Vassão i Institut for Biokemi på Max Planck Instituttet har i flere år studeret afgiftningsmekanismer hos forskellige planteædere. Af særlig interesse er, hvordan insekter uskadeliggør den såkaldte sennepsoliebombe af korsblomstre:Denne planteforsvarsmekanisme består af to komponenter, glucosinolater og enzymet myrosinase, som er lagret i forskellige planteceller.

Hvis plantevæv er beskadiget af planteædere, enzymet spalter glucosesukker fra glucosinolaterne, og der dannes giftige sennepsolier. Da saftsugende insekter ikke tygger bladvæv og kun forårsager mindre vævsskader med deres stiletter, de smalle munddele de bruger til at drikke floem, man har tidligere antaget, at denne forsvarsmekanisme kun spiller en mindre rolle i planternes beskyttelse mod hvidfluer eller bladlus. Imidlertid, nyere forskning har vist, at ikke kun tyggende, men også sugende insekter kan aktivere sennepsoliebomben.

En ny afgiftningsvej

Forskerne brugte modelplanten Arabidopsis thaliana, en korsblomstret plante, hvis forsvar også er baseret på glucosinolater for at studere hvidfluers stofskifte mere detaljeret. De analyserede især honningdug, den sukkerholdige sekretion fra mange saftsugende insekter, ved hjælp af kemiske analyser og isotopmærkning af enkelte kemiske forbindelser. Forskerne var overraskede over, at forsvarsmekanismen for Arabidopsis thaliana faktisk blev aktiveret af hvidfluen, da de fandt giftige sennepsolier. Imidlertid, de opdagede også, at den biokemiske vej, der fører til afgiftning, er en helt ny type reaktion, hvor sukker fra floemet bruges til at desarmere plantetoksiner. "Denne reaktion koster disse insekter stort set intet, da dette sukker er i et sådant overskud og alligevel skal udskilles som honningdug, " siger studieleder Daniel Vassão.

Afgiftningsprocessen er baseret på en simpel reaktion, hvor sukker i form af en glukosegruppe bindes til et andet sukker, som allerede er en del af glucosinolatet. Forskerne viste, at det resulterende nye kemiske produkt ikke kan aktiveres af planteenzymet, sandsynligvis fordi den er for omfangsrig.

For denne nye glucosyleringsvej, forskerne var i stand til at identificere enzymer i Bemisia tabaci, der katalyserer den kemiske reaktion. De var forbløffede over mangfoldigheden af ​​dette insekts afgiftningsværktøjskasse. Selvom de kun fokuserede på én enkelt klasse af planteforsvar, glucosinolater, de har allerede fundet mindst tre uafhængige veje til afgiftning. "Det vil være interessant at se, hvor generelle disse afgiftningsveje er, og om den hvide flue også har specifikke afgiftningsveje for andre planteforsvarsstoffer i sit repertoire, og hvilke enzymer der styrer disse processer, " siger Vassão.