Voedende rupsen laten bladeren glanzen

Voedende rupsen laten bladeren glanzen

Anonim

door Max Planck Society

Spodoptera littoralis) en twee bladeren van Arabidopsis thaliana bevinden zich in een kleine kooi.

Wanneer een plant wordt aangevallen door herbivoren, veroorzaakt dit een aantal fysiologische reacties in de plant. Calciumionen zijn belangrijke boodschappers voor het verwerken van wondsignalen in plantencellen. Ze reguleren signaaltransductie en controleren indirect de afweermechanismen van planten. Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie in Jena en het Instituut voor Landbouw- en Voedingswetenschappen van de Martin Luther Universiteit in Halle-Wittenberg, Duitsland, zijn er nu in geslaagd om de onmiddellijke wond- of herbivore reacties in planten te visualiseren. Ze gebruikten Arabidopsis thaliana (thale tuinkers) planten die een speciaal eiwit produceren dat na de binding van calciumionen afbreekt en vrije energie in de vorm van licht uitzendt. De hoeveelheid licht komt overeen met de calciumconcentraties in de cellen van de respectieve bladgebieden. Door een zeer gevoelig camerasysteem te gebruiken, konden de onderzoekers de calciumstroom in de planten volgen. Visualisatie onthulde dat calciumsignalen systemisch optreden en binnen korte tijd van aangevallen naar naburige bladeren afdwalen, en uiteindelijk de hele plant in een staat van defensie-gereedheid brengen.

Calcium is een universele intracellulaire boodschapper. In planten worden veel fysiologische processen gemedieerd door calciumionen, vooral reacties op abiotische en biotische stress, zoals het voeden van rupsen. Deze activeren de activering van een aantal verdedigingsmechanismen. Als een blad wordt aangevallen door een insect, wordt het wondsignaal dat afkomstig is van het aangetaste blad overgedragen op andere, niet-aangetaste bladeren. Om dit signaal te visualiseren, voerden de wetenschappers experimenten uit met transgene Arabidopsis- planten die genetisch waren gemodificeerd om een ​​eiwit in de cytosol, de vloeistof in de cellen, tot expressie te brengen, die afbreekt en lichtenergie afgeeft nadat het calciumionen heeft gebonden. De uitgestraalde lichtenergie correleert met de respectieve concentraties calciumionen. Op deze manier kunnen intracellulaire veranderingen van calciumniveaus direct worden bepaald. Bovendien kunnen deze processen in de planten zichtbaar worden gemaakt door een zeer gevoelig camerasysteem toe te passen dat gebruik maakt van ladingsgekoppelde apparaten (CCD). "Het is zeer indrukwekkend om te zien hoe elke beet van een rups bepaalde bladgebieden laat glanzen. De onmiddellijke reactie van de planten is duidelijk zichtbaar", zegt Victoria Kiep, die het grootste deel van het experimentele werk samen met Jyothilakshmi Vadassery uitvoerde.

Spodoptera littoralis larve voedt zich met een plant van Arabidopsis thaliana (tuinkers).

Het was erg belangrijk voor de onderzoekers om aan te tonen dat het calciumsignaal een systemisch proces is, in plaats van een lokaal, omdat het binnen enkele minuten van het aangevallen blad naar naburige bladeren dwaalt om de daaropvolgende verdedigingsreacties te activeren. "We zijn erin geslaagd om de dynamische signaalverwerking van intracellulair calcium te visualiseren als een secundaire boodschapper die wordt opgewekt door insectenvoeding en systematisch wordt overgedragen aan niet-aangevallen delen van de plant, " Axel Mithöfer, de leider van de projectgroep "Fysiologie van plantenverdediging" in de Afdeling Bioorganische Chemie, vat de resultaten van de studie samen.

Hoe calciumsignalen worden opgewekt in verschillende en afzonderlijke delen van planten is nog niet volledig begrepen. De wetenschappers speculeren echter dat elektrische signalen die worden overgedragen via het vaatstelsel van planten, zogenaamde vaatbundels, een belangrijke rol spelen. Er zijn geen belangrijke verschillen tussen calciumsignalen die worden opgewekt door mechanische verwondingen en signalen die worden veroorzaakt door voedende rupsen. Verrassend remde de toepassing van larvale orale secreties de transductie van calciumsignalen naar naburige bladeren in het experiment. Van algemeen belang voor systemische calciumsignalering is de verwonding van het vaatstelsel van het blad, dat ook verantwoordelijk is voor het interne transport van water en voedingsstoffen in de plant.

Verdere experimenten zijn gepland om erachter te komen welk soort verwonding het systemische calciumsignaal veroorzaakt, bijvoorbeeld of een vergelijkbare wondreactie wordt opgewekt door bladluizen en spint, omdat deze insecten het plantweefsel doorboren om het plantensap op te zuigen en de weefsel slechts lichtjes. De wetenschappers willen onderzoeken hoe signaaltransductie wordt bereikt in grassen waarvan de vaatbundels anders zijn gestructureerd in vergelijking met Arabidopsis die tot de Brassicaceae-familie behoort. Ze zijn ook geïnteresseerd in het bepalen van de werkafstand van calciumsignalen in het algemeen en willen graag de vraag beantwoorden of de signalen kunnen worden doorgegeven aan de plantenwortels.

Deze studie toont aan dat calciumsignalen, die nodig zijn om plantenafweerreacties op te wekken, en hun ruimtelijke en temporele expansie zichtbaar kunnen worden gemaakt. Bovendien toonden de wetenschappers aan dat calciumsignalering direct kan worden bestudeerd in intacte planten in verschillende fysiologische en ecologische contexten, wat helpt om zijn rol als secundaire boodschapper in planten beter te begrijpen. [AO / AM]