Recenti scoperte secondo cui le piante utilizzano un meccanismo di sopravvivenza alla siccità anche per difendersi dai parassiti che succhiano i nutrienti potrebbero ispirare futuri programmi di selezione delle colture volti a ottenere un migliore controllo dei parassiti su larga scala.
Utilizzando un biosensore fluorescente avanzato (ABACUS2) in grado di rilevare piccoli cambiamenti nelle concentrazioni di ormoni vegetali su scala cellulare, gli scienziati hanno visto che l'acido abscissico (ABA), solitamente collegato alla risposta alla siccità, ha iniziato a chiudere i cancelli di ingresso della pianta entro 5 ore dall'infestazione. ragni rossi.
I pori microscopici delle foglie (stomi) sono importanti per lo scambio di gas ma sono anche i principali siti di perdita di acqua. Quando c'è carenza d'acqua, le piante agiscono per conservarla producendo l'ormone dello stress da siccità ABA per chiudere i loro stomi.
Per coincidenza, la chiusura degli stomi ostruisce anche i punti di ingresso preferiti per i parassiti che succhiano i nutrienti come i ragni rossi. Il ragno rosso a due macchie è uno dei parassiti più dannosi dal punto di vista economico:non è schizzinoso e attacca un'ampia gamma di oltre 1000 piante, comprese 150 colture.
Appena visibili a occhio nudo, questi minuscoli parassiti perforano e poi succhiano le cellule vegetali secche. Possono accumularsi in numeri enormi molto rapidamente e possono essere uno dei parassiti più distruttivi nel settore del giardinaggio e dell'orticoltura, rovinando le piante domestiche e riducendo i raccolti di verdure, frutta e insalate.
Si è discusso sul ruolo dell'ABA nella resistenza ai parassiti. Inizialmente, si è notato che gli stomi si chiudono quando le piante vengono attaccate da parassiti succhiatori di nutrienti, portando a varie ipotesi, tra cui che questa chiusura potrebbe essere una risposta della pianta alla perdita di acqua dovuta all'alimentazione dei parassiti o addirittura che i parassiti agiscono per chiudere gli stomi per impedire alle piante di inviare sostanze volatili di pericolo ai predatori dei parassiti.
In una collaborazione tra il Centro di biotecnologia e genomica vegetale (CBGP) in Spagna e il laboratorio Sainsbury dell'Università di Cambridge (SLCU), i ricercatori che studiano come il crescione (Arabidopsis thaliana) risponde al ragno rosso a due macchie (Tetranychus urticae) hanno determinato che la pianta entra in azione quasi immediatamente, utilizzando lo stesso ormone della siccità per bloccare anche la penetrazione dei ragni rossi nei tessuti vegetali e, di conseguenza, ridurre significativamente i danni dei parassiti.
I risultati pubblicati in Fisiologia vegetale scoperto che il picco di chiusura degli stomi viene raggiunto entro un intervallo di tempo compreso tra 24 e 30 ore.
"Gli stomi aperti sono aperture naturali in cui parassiti come afidi e acari inseriscono le loro strutture di alimentazione specializzate, chiamate stiletti, per perforare e quindi aspirare il contenuto ricco di nutrienti dalle singole cellule subepidermiche", ha affermato Irene Rosa-Díaz, che ha effettuato il ragno. esperimenti sugli acari presso SLCU e CBGP durante il suo dottorato di ricerca. con la professoressa Isabel Diaz presso il Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Polytécnica de Madrid e Istituto nazionale di ricerca e tecnologia agricola e alimentare (UPM-INIA).
"Siamo stati in grado di dimostrare che l'infestazione da acari induce una rapida risposta di chiusura stomatica, con l'aumento dell'ormone vegetale ABA nei tessuti fogliari, con livelli più alti nelle cellule stomatiche e vascolari, ma anche in tutte le altre cellule fogliari misurate. Abbiamo dimostrato attraverso numerosi esperimenti diversi che la chiusura stomatica ostacola gli acari.
"Le piante che sono state pretrattate con ABA per indurre la chiusura stomatica e poi infestate da acari hanno mostrato una diminuzione del danno da acari, mentre le piante mutanti carenti di ABA in cui gli stomi non possono chiudersi bene e le piante che hanno più stomi sono più suscettibili agli acari."
Il gruppo di ricerca di Alexander Jones presso la SLCU sviluppa biosensori in vivo che stanno rivelando la dinamica ormonale nelle piante con una risoluzione senza precedenti, incluso ABACUS2 che ha quantificato l'ABA cellulare in questi esperimenti sugli acari.
Il dottor Jones ha affermato che lo studio evidenzia le importanti interazioni tra stress biotici e abiotici nelle piante:"I segnali di allarme precoce derivanti dall'alimentazione degli acari inducono una cascata di molecole di segnalazione immunitaria, tra cui l'acido jasmonico (JA) e l'acido salicilico (SA), tra le altre risposte chimiche". . Insieme, questi risultati mostrano che l'accumulo di ABA e la chiusura stomatica sono anche meccanismi di difesa chiave utilizzati per ridurre i danni da acari.
"Il passo successivo è quello di indagare quale sia il segnale iniziale prodotto dagli acari che la pianta rileva e che poi si traduce in un accumulo di ABA. I meccanismi biochimici utilizzati dalla pianta come segnali di attacco di parassiti potrebbero essere qualsiasi cosa, comprese le vibrazioni di alimentazione degli acari, proteine salivari, sostanze chimiche prodotte dagli acari o attività degli acari, danni cellulari diretti (ferite) o altre molecole associate agli acari.
"L'identificazione dei fattori scatenanti iniziali potrebbe essere potenzialmente utilizzata per sviluppare nuovi trattamenti colturali per armare le piante prima delle previste infestazioni di parassiti. È importante sottolineare che gli sforzi per selezionare piante con tratti stomatici alterati, che devono già bilanciare un compromesso tra fotosintesi e conservazione dell'acqua, potrebbe anche prendere in considerazione la resistenza ai parassiti dannosi."
Ulteriori informazioni: Irene Rosa-Díaz et al, L'acaro erbivoro induce una difesa stomatica guidata dall'acido abscissico, Fisiologia vegetale (2024). DOI:10.1093/plphys/kiae215
Fornito dall'Università di Cambridge
