Bohnenpflanzenrezeptor verknüpft Raupenangriff mit räuberischen Wespen.

Die Gartenbohne nutzt einen Immunrezeptor, um chemische Signale zu erkennen, die Raupen beim Fressen hinterlassen, und die Freisetzung flüchtiger Stoffe auszulösen, die Raubwespen anlocken. Dieser Mechanismus involviert den INR-Rezeptor, der sich in den Blättern der Bohne befindet. Phaseolus vulgarisund das Peptid Inceptin, das in den Mundsekreten von Raupen vorkommt. Labor- und Feldversuche in Mexiko haben einen Zusammenhang zwischen der molekularen Erkennung von Pflanzenfressern, der Pflanzenabwehr und der Rekrutierung natürlicher Feinde aufgezeigt.

Die Studie untersuchte die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, pflanzenfressenden Insekten und Fressfeinden. Wissenschaftler zeigten, dass INR Inceptin erkennt und spezifische Reaktionen in der Gartenbohne auslöst. Diese Reaktionen verstärken die Abwehrreaktion auf Verletzungen und induzieren einen mit Pflanzenfressern assoziierten Immunweg. Dies führt unter anderem zur Freisetzung eines charakteristischen Gemisches flüchtiger Verbindungen. Dieses Gemisch lockt Raubwespen zu den befallenen Pflanzen.

Vergleich der Abstammungslinien

Das Team verglich Bohnenlinien mit einem funktionsfähigen Rezeptor und Linien mit einer natürlichen Mutation im INR-Gen. Die Mutation wurde inr-1 genannt. Sie beinhaltet eine Deletion von 103 Basenpaaren im PvINR-Locus. Diese Veränderung führt zu einem verkürzten Protein und beeinträchtigt die Wahrnehmung von Inceptin.

In ersten Tests reagierte die Zelllinie PI 311785 auf die Inceptin-Applikation mit Ethylenakkumulation und Freisetzung flüchtiger Verbindungen. Die Zelllinie W6 13807 zeigte keine vergleichbare Reaktion. Die Analyse ergab zudem eine Aktivierung von MAPK3 und MAPK6 in PI 311785 nach 15-minütiger Inceptin-Behandlung. Diese Phosphorylierung trat in W6 13807 nicht auf. Das Ergebnis deutet auf eine Störung der Inceptin-spezifischen Signalkaskade hin.

Nahezu isogene Stämme ermöglichten die Isolierung des Mutationseffekts. inr-1/inr-1-Pflanzen produzierten kein Inceptin-induziertes Ethylen. Dennoch zeigten sie weiterhin eine Reaktion auf das bakterielle Peptid flg22. Diese Daten deuten darauf hin, dass die Inceptin-Unempfindlichkeit nicht auf einem allgemeinen Versagen des pflanzlichen Immunsystems beruhte.

Direkte Verteidigung

Die Mutation verringerte auch die direkte Abwehr gegen Pflanzenfresser. Larven von magere spodoptera Bei INR-1/INR-1-Pflanzen war das Wachstum während fünftägiger Fütterung um 72,7 Prozent höher als bei INR/INR-Schwesterpflanzen. Dieses Ergebnis deutet auf die Beteiligung des funktionellen Rezeptors an der Raupenresistenz der Gartenbohne hin.

Die molekulare Antwort umfasste die Umprogrammierung der Transkription. Phaseolus vulgaris Lebenslauf. roter FalkeIn der Studie induzierte die Behandlung mit Verletzungen und Inceptin im Vergleich zu Verletzungen mit Wasser die Expression von 527 Genen. Einige dieser Gene waren an der Proteinphosphorylierung und der Transkriptionsregulation beteiligt. Auch Transkriptionsfaktoren der Familien ERF, WRKY, bHLH, MYB und bZIP, die mit der Abwehr gegen Pflanzenfresser in Verbindung stehen, traten auf.

Emission flüchtiger Stoffe

Die Freisetzung flüchtiger Stoffe hing vom Rezeptor ab. INR/INR-Zelllinien wurden mit Inceptin oder oralen Sekreten von Spodoptera frugiperda Sie emittierten ein typisches Gemisch flüchtiger Verbindungen, das durch Pflanzenfresser hervorgerufen wird. Unter diesen Verbindungen hob die Studie DMNT, Methylsalicylat und TMTT hervor. Inr-1/inr-1-Pflanzen emittierten dieses typische Gemisch nicht. Sie setzten Verbindungen frei, die mit isolierten Verletzungen in Verbindung stehen.

Die Feldversuche fanden in einem 925 Quadratmeter großen landwirtschaftlichen Gebiet nahe Bajos de Chila in Oaxaca, Mexiko, während der Versuchsanbausaisons 2023 und 2024 statt. Die Wissenschaftler verwendeten Indikatorraupen von Spodoptera frugiperda An Bohnenblättern befestigt. Die Pflanzen wurden mit Wasser, oralen Sekreten von Raupen oder Inceptin in physiologischer Konzentration verletzt.

Wespenbesuche traten in beiden Jahren auf. Die Besuchsraten der behandelten Pflanzen lagen zwischen 55,1 und 86,9 Prozent. Im Jahr 2023 wiesen Pflanzen mit der inr-1/inr-1-Mutation, die mit oralen Sekreten behandelt wurden, eine 40-prozentige Reduzierung der Wespenangriffe der Gattung ... auf. Polybia e Mischocyttarus an Wächterraupen. Im Jahr 2024 führte die Anwendung von Inceptin auch zu einer 40-prozentigen Reduzierung der Angriffe auf inr-1/inr-1 Pflanzen. Bei der Wasserbehandlung gab es keinen Unterschied im Besuchsverhalten.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der INR-Rezeptor die Raupenerkennung mit der Anwerbung von Fressfeinden in Bohnen verknüpft. Die Studie weist zudem auf agronomische Relevanz für Systeme mit Leguminosen hin, wie beispielsweise Milpa und Push-Pull-Mischkulturen. Laut den Wissenschaftlern könnte die evolutionäre Verbreitung von INR in Phaseoloidea-Leguminosen dazu beitragen, die indirekte, durch flüchtige Stoffe vermittelte Abwehr in diesen Systemen zu erklären.

Weitere Informationen finden Sie unter doi.org/10.1126/sciadv.aec3229