Την ύπαρξη γονιδίου που βρίσκεται αποκλειστικά στο γενετικό υλικό των φυτών εντόπισε ερευνητική ομάδα σε ένα έντομο. Πρόκειται για τον αλευρώδη του καπνού, ένα φυτοφάγο έντομο, γνωστό για τις μεγάλες καταστροφές που προκαλεί στις καλλιέργειες. Είναι το πρώτο παράδειγμα μεταφοράς γονιδίου από φυτό σε έντομο και φαίνεται ότι αποτελεί μέρος ενός επιτυχημένου εξελικτικού σχεδίου του εντόμου, με σκοπό να αποφεύγει τοξίνες που παράγονται από τα φυτά και να τα καταναλώνει χωρίς κίνδυνο.
Ένας σημαντικός εχθρός για τις καλλιέργειες
Ο αλευρώδης του καπνού ή αλλιώς Bemisia tabaci, όπως είναι η επιστημονική ονομασία του, αποτελεί έναν από τους πιο αξιοσημείωτους εχθρούς των αγροτικών καλλιεργειών σε ολόκληρο τον κόσμο. Πρόκειται για μία άσπρη μύγα μήκους ελάχιστων χιλιοστών που προσβάλλει περισσότερα από 600 διαφορετικά είδη καλλιεργούμενων φυτών, εντός και εκτός θερμοκηπίων, σε τροπικές, υποτροπικές και μεσογειακές περιοχές. Το έντομο απομυζεί τους χυμούς του φυτού με συνέπεια να καταστρέφονται σιγά σιγά τα φύλλα, τα άνθη και άλλα μέρη του. Επίσης, είναι φορέας πάνω από εκατό διαφορετικών ιών που προσβάλλουν τα φυτά και που προκαλούν σοβαρές ασθένειες σε αυτά αλλά και σημαντικές επιπτώσεις στα καλλιεργούμενα είδη και στην αγροτική παραγωγή. Ποικίλες προσεγγίσεις έχουν χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπισή του, όπως η χρήση εντομοκτόνων ή διάφορων άλλων ζώων που τρέφονται ή παρασιτούν σε αυτό.
Η μεγάλη επιτυχία στην προσβολή και κατανάλωση πολλών και διαφορετικών ειδών σχετίζεται με τη δυνατότητα του εντόμου να μην επηρεάζεται από τους αμυντικούς μηχανισμούς που έχουν αναπτύξει τα φυτά για να αντιμετωπίζουν τα φυτοφάγα ζώα. Κατά τη διάρκεια της κοινής εξελικτικής πορείας των φυτών και των φυτοφάγων εντόμων, τα φυτά κατόρθωσαν να αναπτύξουν στρατηγικές προστασίας απέναντί τους που σχετίζονταν με τη μορφολογία ή με μοριακούς ή βιοχημικούς μηχανισμούς. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν ορισμένοι μεταβολίτες που παράγουν οι οποίοι είναι τοξικοί για τα έντομα. Οι τοξίνες αυτές είναι χημικές ουσίες πολύ διαδεδομένες στον κόσμο των φυτών και αρκετά αποτελεσματικές για την αντιμετώπιση πολλών φυτοφάγων ζώων. Σε αντίθεση με τα περισσότερα φυτοφάγα έντομα, ο αλευρώδης του καπνού δεν επηρεάζεται από τις τοξίνες των φυτών και έτσι κατορθώνει να τα καταναλώνει χωρίς πρόβλημα. Ο τρόπος με τον οποίο ο αλευρώδης του καπνού τρέφεται από τα φύλλα πολλών και διαφορετικών φυτών παρακάμπτοντας τους μηχανισμούς άμυνάς τους και κυρίως τις τοξίνες που αυτά εκκρίνουν, δεν ήταν μέχρι σήμερα γνωστός.
Το μυστικό της επιτυχίας βρίσκεται σε ένα «δανεικό» γονίδιο
Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων μεταξύ διαφορετικών ειδών είναι γνωστό φαινόμενο κυρίως για τα βακτήρια αλλά και για ορισμένα φυτά και φυτοφάγα έντομα που «δανείζονται» γονίδια από μικροοργανισμούς για να ενισχύσουν το οπλοστάσιό τους στη μάχη για επιβίωση. Για παράδειγμα το σκαθάρι Hypothenemus hampei που προσβάλλει τα καφεόδεντρα έχει ενσωματώσει στο γενετικό του υλικό γονίδια βακτηρίων που το βοηθούν να πέψει τα σκληρά κυτταρικά τοιχώματα των φυτικών κυττάρων. Ωστόσο η απευθείας μεταφορά γονιδίων από τα φυτά στα έντομα δεν είχε μέχρι στιγμής παρατηρηθεί.
Τον ιδιαίτερο τρόπο με τον οποίο κατορθώνει ο αλευρώδης του καπνού να καταναλώνει τα φυτά χωρίς να επηρεάζεται από τις τοξίνες του ανακάλυψε διεθνής ερευνητική ομάδα. Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στο συγκεκριμένο έντομο και προσπάθησαν να αποκαλύψουν τους αξιοσημείωτους προσαρμοστικούς μηχανισμούς που έχει αναπτύξει. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνάς τους, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Cell, ένα γονίδιο των φυτών εντοπίστηκε στο γενετικό υλικό του αλευρώδους του καπνού, αναδεικνύοντας ένα φαινόμενο που φαίνεται να είναι εξαιρετικά σπάνιο, την οριζόντια μεταφορά γονιδίων από τα φυτά στα έντομα. Πρόκειται για το γονίδιο BtPMaT1, υπεύθυνο για τη σύνθεση μιας πρωτεΐνης που εξουδετερώνει τοξίνες των φυτών. Η πρωτεΐνη αυτή, που παράγεται ευρέως στα φυτά, είναι πολύ χρήσιμη για αυτά καθώς αδρανοποιεί τοξίνες που παράγουν, έτσι ώστε να αποθηκεύονται αυτές οι επικίνδυνες ουσίες σε αβλαβή μορφή μέσα στα κύτταρά τους.
Για να εξακριβώσουν τον ρόλο του γονιδίου BtPMaT1 χρησιμοποίησαν βιοχημικές και μοριακές μεθόδους. Συγκεκριμένα, δημιούργησαν γενετικά τροποποιημένες ντομάτες που παρήγαγαν ένα μικρό μόριο RNA το οποίο μπορούσε να αδρανοποιήσει το εν λόγω γονίδιο που εκφραζόταν στα έντομα. Τα έντομα δεν μπορούσαν πλέον να εκμεταλλευτούν το γονίδιο BtPMaT1 για να απενεργοποιήσουν τις τοξίνες των γενετικά τροποποιημένων φυτών και έτσι δεν κατόρθωσαν να τραφούν και να επιβιώσουν. Χρησιμοποιώντας εργαλεία βιοπληροφορικής διαπίστωσαν ότι το γονίδιο βρίσκεται μόνο στα φυτά και σε τρία είδη του αλευρώδους του καπνού. Επιπλέον κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το γονίδιο μεταφέρθηκε στο έντομο πριν από 35 εκατομμύρια χρόνια και ότι επικράτησε στους πληθυσμούς των συγκεκριμένων εντόμων λόγω του σημαντικού πλεονεκτήματος που πρόσφερε για την επιβίωσή τους. Τα πειραματικά δεδομένα οδηγούν με ακρίβεια στο πρώτο καταγεγραμμένο παράδειγμα μεταφοράς γονιδίου από φυτό σε έντομο. Ωστόσο, ερωτήματα που αφορούν τον ακριβή τρόπο με τον οποίο μεταφέρθηκε το γονίδιο από ένα άγνωστο φυτικό είδος στον αλευρώδη του καπνού ή τη συμβολή άλλων αντίστοιχων μηχανισμών, εξακολουθούν να παραμένουν αναπάντητα.
Ενώ αποκαλύφθηκε πως το δυνατό σημείο των φυτών για την άμυνά τους απέναντι στα έντομα είναι ταυτόχρονα η αχίλλειος πτέρνα τους, σύμφωνα με τους συγγραφείς του άρθρου μένουν ακόμα πολλά άλυτα μυστήρια που αφορούν την αλληλεπίδραση των φυτών με τα φυτοφάγα έντομα. Περισσότερα τέτοια παραδείγματα μεταφοράς γονιδίων αναμένεται να αποκαλυφθούν, μαζί με τον εκάστοτε μηχανισμό δράσης τους, τα οποία θεωρείται ότι θα συμβάλλουν καθοριστικά στην αντιμετώπιση των επιζήμιων εντόμων για τις αγροτικές καλλιέργειες.
Πηγές:
1. Jixing Xia et al. Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins. Cell, March 25, 2021; doi: 10.1016/j.cell.2021.02.014
2. www.nature.com
