Este posibil ca o genă a plantei să fi ajutat muștele albe să devină un dăunător major

La un moment dat, în urmă cu 35 de milioane și 80 de milioane de ani, o muscă albă a aterizat pe o frunză și a început să-și sugă seva dulce. Acea masă fatidică a oferit mai mult decât zahăr. Cumva, o genă din plantă a pătruns în genomul muștei albe, sugerează un nou studiu, și poate să-i fi ajutat pe strămoșii săi să devină unul dintre cei mai notorii dăunători agricoli de astăzi.

Gena ajută plantele să neutralizeze și să stocheze în siguranță anumite molecule toxice pe care le folosesc pentru a descuraja ierbivorele. În muștele albe (Bemisia tabaci), permite insectelor să se hrănească cu floră, nedescurajate de una dintre cele mai bune arme chimice din lume vegetală, au raportat cercetătorii pe 25 martie în Celulă. Acest schimb de gene de la plantă la insectă este al doilea document documentat vreodată și cel mai clar exemplu al unei insecte care stăpânește efectiv setul de instrumente genetice al „pradei” lor pentru a-l folosi împotriva lor.

„Cu zece sau 20 de ani în urmă, nimeni nu credea că acest tip de transfer de gene este posibil”, spune Roy Kirsch, ecologist chimist la Institutul Max Planck pentru Ecologie Chimică din Jena, Germania, care nu a fost implicat în studiu. „Există atât de multe bariere pe care o genă trebuie să le depășească pentru a trece de la o plantă la o insectă, dar acest studiu arată clar că s-a întâmplat și că gena oferă un beneficiu muștelor albe.”

Schimbarea genelor este comună printre bacterii (SN: 31/10/11), și se întâmplă ocazional între microbii intestinali și gazdele lor animale. Cunoscut sub numele de transfer orizontal al genelor, acest proces permite organismelor să ocolească natura anevoioasă a moștenirii de la părinte la urmași și să dobândească instantaneu gene modelate de generații de selecție naturală. Dar un salt genetic de la plante la insecte, linii despărțite de cel puțin un miliard de ani de evoluție, a fost documentat o singură dată înainte, tot la muștele albe.

Muștele albe sunt insecte asemănătoare afidelor care se hrănesc cu peste 600 de plante diferite de pe tot globul. Dieta largă a dăunătorilor dăunători provine în parte din capacitatea lor de a se sustrage multor apărări comune ale plantelor (SN: 4/4/19). În timp ce căutau gene care stau la baza acestei abilități, cercetătorii din China au dat peste ceva ciudat la trei specii de muște albe strâns înrudite – o genă, numită BtPMaT1nu se știe că există în afara plantelor.

Două scenarii ar putea explica un astfel de model. Fie gena a apărut în strămoșul comun al plantelor și insectelor și a fost ulterior eliminată pe toate ramurile intermediare ale arborelui vieții, fie muștele albe au dobândit cumva gena de la plante. Deoarece plantele și insectele sunt atât de îndepărtate legate, acest din urmă scenariu este „mult, mult mai probabil”, spune Kirsch. Aceste trei specii de muște albe s-au despărțit acum aproximativ 35 de milioane de ani, ceea ce sugerează că au primit gena înainte de atunci. Dar rudelor apropiate care s-au separat acum 80 de milioane de ani nu au gena, ceea ce sugerează că transferul s-a întâmplat în această fereastră.

Gena permite plantelor să depoziteze o clasă comună de substanțe chimice defensive numite glicozide fenolice prin neutralizarea toxinelor până când ierbivorele încep să roncească. „Glicozidele fenolice sunt foarte toxice pentru insecte”, spune coautorul studiului Ted Turlings, ecologist chimic și entomolog la Universitatea din Neuchâtel din Elveția. Posibilitatea ca muștele albe să folosească o genă de detoxifiere a plantelor pentru a tolera toxinele din plante i-a tentat pe colegii lui Turlings din China.

Cercetătorii au introdus puțin ARN în plantele de tomate din laborator. Odată ingerat de muștele albe, ARN-ul a fost conceput pentru a le dezactiva BtPMaT1 gena. Apoi, echipa a dat drumul muștelor albe. După o săptămână de hrănire cu cinci plante modificate genetic, aproape toate cele aproximativ 2.500 de muște albe au murit, în comparație cu doar aproximativ 20% dintre cele care s-au hrănit cu plante nealterate. Un astfel de efect drastic sugerează că această genă joacă un rol important în a ajuta muștele albe să ocolească apărarea plantelor, spune Turlings.

Cât de exact o plantă BtPMaT1 înfășurate în muștele albe rămâne un mister. Virușii pot transporta accidental fragmente de ADN între gazde, iar Turlings bănuiește că acest lucru s-a întâmplat probabil aici. „Acesta este un eveniment extrem de rar, dar când vorbiți despre miliarde de insecte și plante care interacționează de-a lungul a milioane de ani, devine mai posibil”, spune el. Transferul orizontal al genelor ar putea fi „un mecanism important pentru ca dăunătorii să obțină abilități de a face față apărării plantelor”.

Primul schimb de gene documentat de la plantă la insectă, raportat pe 23 septembrie în Rapoarte științifice, a apărut și la muștele albe, deși funcția genei în acel schimb este mai puțin clară. Poate că nu este o coincidență, totuși, că cele două exemple cunoscute ale unui astfel de eveniment au avut loc la aceeași insectă erbivoră.

„Viețile muștelor albe și ale gazdelor lor sunt strâns legate”, spune Shannon Soucy, microbiolog evoluționist la Dartmouth College, care nu a fost implicat în cercetare. Această expunere consecventă determină sistemul să fie pregătit pentru acest tip de eveniment, spune ea, ceea ce a permis în cele din urmă muștelor albe să folosească această genă de apărare a plantelor împotriva producătorului ei.