När man attackerar crucifers, den saftsugande vitflugan Bemisia tabaci kan aktivera dessa växters kemiska försvar. I en ny studie, ett internationellt team av forskare visade att skadegöraren kan oskadliggöra en stor del av växtgifterna genom att binda överskottssocker till dem. Vitflugan använder alltså en helt ny och hittills obeskriven avgiftningsmekanism för att desarmera växternas försvar, vilket skulle kunna förklara framgången för denna stora jordbruksskadegörare. Studien publiceras i Naturens kemiska biologi .

En världsomspännande fruktad skördeskadegörare av hundratals växtarter

Vitflugor är en familj av savsugande insekter som livnär sig på växternas sockerhaltiga floem. Silverbladsvitflugan Bemisia tabaci är särskilt utbredd över hela världen och är mycket fruktad som en jordbruksskadegörare. Strängt talat, det är inte en enda art, men ett komplex av omkring två dussin knappt urskiljbara arter.

Den faktiska skadan på växterna uppstår när insekterna utsöndrar söt honungsdagg, som gör att svampar koloniserar växterna, och från mångfalden av växtvirus som överförs av insekterna. För forskare som studerar avgiftningsmekanismerna för växtskadegörare, Bemisia tabaci är ett särskilt intressant studiesystem.

"Detta skadedjur är kanske en av, om inte mest, framgångsrika floemmatande insekter i världen, hittat på hundratals olika arter av växter hittills. Den möter ett varierande landskap av kemiska försvarsföreningar i sin kost, säger Michael Esson, en av de två första författarna till studien, som är doktorand vid Max Planck Institute for Chemical Ecology. Av denna anledning, han slog sig ihop med ett internationellt forskarlag, där hebreiska universitetet i Jerusalem spelar en nyckelroll, för att ta reda på vad som gör Bemisia tabaci till en så framgångsrik skadeinsekt och hur den hanterar det kemiska försvaret av sina matväxter.

Teamet kring projektgruppsledaren Daniel Vassão vid institutionen för biokemi vid Max Planck-institutet har under flera år studerat avgiftningsmekanismer hos olika växtätare. Av särskilt intresse är hur insekter desarmerar den så kallade senapsoljebomben från korsträd:Denna växtförsvarsmekanism består av två komponenter, glukosinolater och enzymet myrosinas, som lagras i olika växtceller.

Om växtvävnad skadas av växtätare, enzymet klyver bort glukossocker från glukosinolaterna och giftiga senapsoljor bildas. Eftersom saftsugande insekter inte tuggar bladvävnad och endast orsakar mindre vävnadsskador med sina stiletter, de smala munpartierna de använder för att dricka floem, man antog tidigare att denna försvarsmekanism endast spelar en mindre roll för växternas skydd mot vitflugor eller bladlöss. Dock, nyare forskning har visat att inte bara tuggande utan även sugande insekter kan aktivera senapsoljebomben.

En ny avgiftningsväg

Forskarna använde modellväxten Arabidopsis thaliana, en korsblommig växt vars försvar också är baserat på glukosinolater för att studera vita flugors ämnesomsättning mer i detalj. De analyserade speciellt honungsdaggen, den sockerhaltiga sekretionen från många saftsugande insekter, genom kemiska analyser och isotopmärkning av enskilda kemiska föreningar. Forskarna var förvånade över att försvarsmekanismen för Arabidopsis thaliana faktiskt aktiverades av vitflugan när de hittade giftiga senapsoljor. Dock, de upptäckte också att den biokemiska vägen som leder till avgiftning är en helt ny typ av reaktion där socker från floemet används för att desarmera växtgifter. "Denna reaktion kostar dessa insekter i princip ingenting, eftersom detta socker är i ett sådant överskott och måste utsöndras som honungsdagg ändå, säger studieledaren Daniel Vassão.

Avgiftningsprocessen bygger på en enkel reaktion där socker i form av en glukosgrupp binds till ett annat socker som redan ingår i glukosinolatet. Forskarna visade att den resulterande nya kemiska produkten inte kan aktiveras av växtenzymet, förmodligen för att den är för skrymmande.

För denna nya glukosyleringsväg, forskarna kunde identifiera enzymer i Bemisia tabaci som katalyserar den kemiska reaktionen. De var förvånade över mångfalden av den här insektens verktygslåda för avgiftning. Även om de bara fokuserade på en enda klass av växtförsvar, glukosinolater, de har redan hittat minst tre oberoende vägar för avgiftning. "Det kommer att bli intressant att se hur allmänna dessa avgiftningsvägar är och om vitflugan också har specifika avgiftningsvägar för andra växtförsvarsämnen i sin repertoar, och vilka enzymer som styr dessa processer, säger Vassão.