Las plantas producen sustancias tóxicas para defenderse de los herbívoros. En un nuevo estudio, científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena y la Universidad de Münster, Alemania, pudieron describir en detalle la biosíntesis y el modo de acción exacto deun grupo importante de sustancias defensivas, los glucósidos diterpénicos, en las plantas de tabaco silvestre. Los glucósidos diterpénicos permiten a las plantas defenderse de los herbívoros. El estudio muestra que estos químicos vegetales atacan ciertas partes de la membrana celular. Para protegerse de sus propias toxinas y prevenirsus membranas celulares de dañarse, las plantas de tabaco almacenan estas sustancias en una forma atóxica, que se sintetiza de una manera muy particular. La autotoxicidad y la protección contra ella parecen jugar un papel más importante en la evolución de las defensas de las plantas de lo que se pensaba.
Muchas plantas producen defensas químicas para protegerse contra las comidas. Aún se sabe poco sobre qué hace que estas sustancias sean tóxicas para sus consumidores. Investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química y la Universidad de Münster han investigado cómo las plantas producen toxinas yalmacenarlos en sus tejidos sin dañarse a sí mismos. En particular, querían saber si los mecanismos de autotoxicidad y su prevención comparten mecanismos similares a las características tóxicas que brindan defensa contra los herbívoros.
Autotoxicidad y defensa
Para sus experimentos, eligieron glucósidos de diterpeno de las plantas de Nicotiana attenuata, una especie de tabaco silvestre. "Estas sustancias se encuentran en concentraciones muy altas en las hojas de las plantas de tabaco. Pero no teníamos idea de por qué eran defensas tan efectivas o por qué podíanser tan tóxico de producir. Así que la situación era completamente diferente de la otra toxina muy abundante que produce esta planta, a saber, la nicotina. La nicotina es una neurotoxina específica. Dado que las plantas carecen de nervios y músculos, no ofrecen un objetivo para la toxina.y almacenar nicotina no daña las plantas ", dice Ian Baldwin del Departamento de Ecología Molecular del Instituto Jena Max Planck, donde se llevó a cabo el estudio.
Para su sorpresa, los investigadores encontraron que las plantas de tabaco que se habían transformado para que ya no pudieran producir dos proteínas involucradas en la biosíntesis de los glucósidos diterpénicos y, por lo tanto, tampoco formar las sustancias defensivas almacenadas en las hojas en grandes cantidades, mostrósíntomas evidentes de autointoxicación: estaban enfermos, no podían crecer normalmente y ya no podían reproducirse. Experimentos posteriores revelaron que ciertos componentes de la membrana celular, los llamados esfingolípidos, habían sido atacados.
Apuntando a la membrana celular
Los esfingolípidos son sustancias que se encuentran en todos los animales y plantas, incluidos los enemigos del tabaco silvestre, las larvas de la polilla del halcón del tabaco Manduca sexta. Por lo tanto, los investigadores preguntaron si el metabolismo de los esfingolípidos podría ser el objetivo de los glucósidos diterpénicos. De hecho, Manduca sextaLas orugas, que se habían alimentado de plantas sin glucósidos de diterpeno, crecieron significativamente mejor que las larvas, que se habían alimentado de controles que contenían los químicos defensivos. Los análisis de los excrementos de las larvas de Manduca sexta, que habían ingerido glucósidos de diterpeno con su comida, proporcionaron más información,ya que la degradación de las toxinas de las plantas durante la digestión de las larvas es más o menos en orden inverso a la síntesis de las sustancias en la planta. Las plantas previenen las autolesiones al almacenar las sustancias defensivas en una forma no tóxica. Sin embargo, cuando los insectos se alimentan dela planta, una parte de la molécula no tóxica se escinde y la sustancia química se activa o "arma". "Curiosamente, en ambos casos, en las plantascon la biosíntesis incompleta del glucósido diterpénico y en la alimentación de las orugas, el objetivo de las toxinas es el metabolismo de los esfingolípidos ", dice el primer autor Jiancai Li.
Los esfingolípidos son mediadores en muchos procesos fisiológicos. Esto hace que el efecto de los glucósidos diterpénicos sobre el metabolismo de los esfingolípidos sea tan intrigante. "Los glucósidos diterpénicos y sus derivados pueden tener amplias funciones defensivas contra muchas plagas agrícolas y hongos patógenos. Al mismo tiempo, muchas enfermedades humanas, como la diabetes, los cánceres y algunas enfermedades neurodegenerativas también se asocian con metabolismos elevados de esfingolípidos ", dice Shuqing Xu, del Instituto para la Evolución y la Biodiversidad de la Universidad de Münster, que es uno de los autores principales del estudio. Los médicos han estado buscandode sustancias eficaces para tratar estas enfermedades mediante la inhibición del metabolismo de los esfingolípidos. Los glucósidos diterpénicos estudiados aquí podrían ser candidatos potenciales para futuras investigaciones.
"Frasómica" - una nueva herramienta poderosa para estudiar las interacciones entre organismos
El análisis de excrementos larvarios demostró ser la clave del éxito de este estudio. Los científicos llaman a este nuevo enfoque "frasómica": una combinación de excrementos excrementos larvarios y metabolómica: el análisis de todos los metabolitos de un organismo ".A partir de este trabajo, nos dimos cuenta de que la frasómica puede ser una herramienta de investigación muy poderosa. El análisis de los excrementos larvarios puede proporcionar pistas metabólicas sobre cómo lo que produce un organismo es metabolizado por los organismos consumidores ", dice Ian Baldwin.
Los científicos planean obtener más información sobre los "dúos digestivos" que ocurren entre plantas e insectos, a fin de comprender mejor las interacciones ecológicas entre plantas, insectos y microorganismos.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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