Altre storie di piante e di chimica.

Claudio Della Volpe

Abbiamo recentemente parlato del metil-jasmonato,una molecola simile alle prostaglandine, che serve alle piante a costruire un sistema per comunicare alle altre piante situazioni di pericolo ed a difendersi da esso . E’ un esempio di come le piante non siano esseri che “vegetano”, vegetali come li chiamiamo sprezzantemente noi umani, ma complessi sistemi viventi diversi da noi, alieni, costruiti secondo una logica differente, ma non per questo meno efficace.

La storia di come le piante comunicano ha a che fare con la loro chimica e ci insegna tante cose.

Stavolta vi racconto la storia di come i sistemi di comunicazione delle piante che sono altamente evoluti possono essere messi in difficoltà da un insetto pestifero; e di cosa possiamo imparare da questa lotta fra piante e insetti e dalla sofisticata chimica che vi viene usata.

Questa storia è stata scoperta e raccontata in un lavoro (1) pubblicato di recente su PNAS.

La mosca bianca del tabacco (Bemisia tabaci), scoperta dapprima sul tabacco, è in realtà un insetto responsabile di danni molto ingenti a parecchi tipi di piante coltivate, come il pomodoro. Infatti essa è prima di tutto polifaga, mangia di tutto, induce dunque danni a parecchie colture e per quote elevate, ma trasporta anche virus di vario genere.

La mosca bianca del tabacco.

E’ caratteristica comune di questa specie di insetti, ma anche di altri della medesima famiglia (denominata Aleurodidi) avere comportamenti che ne rendono difficile l’eliminazione: elevato potenziale riproduttivo, insorgenza di fenomeni di resistenza, difficoltà intrinseca di raggiungere con gli insetticidi di copertura la pagina inferiore delle foglie dove comunemente stanziano, la polifagia, ossia l’essere onnivori, attaccare molte piante diverse, la mobilità degli adulti e, infine, la semplificazione degli agrosistemi, in particolare le colture protette in serra, in termini di biodiversità.

Per tutti questi motivi si è sviluppato un grande interesse nello scoprire come queste tipologie di insetti riescono ad essere così invasivi.

La premessa del racconto è che le piante rispondono agli erbivori e alle infezioni patogene con la sintesi di vari composti di difesa, inclusi composti volatili che sono emessi nell’ambiente circostante. Questi composti possono essere percepiti dalle piante vicine e le avvisano dell’attacco e anche dello specifico attaccante.

In particolare le piante usano un sistema a base di acido jasmonico (JA),

che interagisce con il sistema digestivo degli insetti compromettendone l’alimentazione, per difendersi dall’attacco degli insetti ed in genere dei mangiatori di foglie ed invece un secondo sistema a base di acido salicilico (SA), (proprio lui, il nostro antenato dell’aspirina) per comunicare e difendersi dai virus e dai patogeni.

E’ da notare che le due strade di difesa interferiscono, nel senso che se si accentua l’una si deprime l’altra e viceversa.

Difesa JA -> contro gli insetti e gli erbivori (mediata per esempio da (E)-β-ocimene, linaloolo e metil-isonicotinato, composti 8,10 e 11 della figura precedente, attacco di bruchi)

(E)-β-ocimene

linaloolo

metilisonicotinato

Difesa SA -> contro i virus e le infezioni (mediata per esempio da α-pinene e β-mircene, composti 3 e 4 della figura precedente attacco di Pst DC3000 una infezione batterica)

β- mircene

Le mosche bianche sono in grado invece di interferire in questo meccanismo inducendo come conseguenza nelle piante vicine una risposta sbagliata. L’attacco delle mosche bianche (nella prima riga) per esempio induce nel pomodoro la riduzione della produzione del composto 11, il metil-isonicotinato ed invece l’aumento del composto 3, l’α-pinene, così i pomodori circostanti attivano le difese contro i virus ma non quelle contro i mangiatori di foglie.

Ma come fa la mosca bianca ad indurre le piante a produrre il segnale sbagliato?

I ricercatori cinesi hanno usato sia esperimenti sul campo in ambienti controllati misurando le sostanze presenti nell’aria e nei tessuti, sia invece usando sostanze di sintesi, molecole sintetiche usate dalle piante come messaggeri e verificando che le piante infestate da batteri o attaccate da bruchi emettevano composti di allarme diversi da quelli emessi dalle piante attaccate dalla mosca bianca. Il meccanismo era messo in moto tramite l’attivazione di geni specifici. Hanno potuto escludere che la sostanza necessaria fosse emessa dalla mosca direttamente ma che invece la sua produzione era indotta nella pianta. Rimane da capire il meccanismo esatto di induzione da parte dell’insetto alla produzione della sostanza sbagliata da parte della pianta.

In effetti leggendo l’articolo ci si rende conto che la risposta potrebbe essere complessa; le piante potrebbero rispondere ai virus trasportati dagli insetti, quasi come cavalli di troia, prima che agli insetti e mentre combattono i primi sono distrutte dai secondi. Gli insetti da parte loro contribuiscono ad indebolire le difese anti-insetto stimolando quelle antivirus. Nella forma di ninfe fanno dire alle piante: attente ai virus e quando quelle si preparano a combattere i virus, gli insetti ormai maturati da ninfe in insetti adulti sono pronti a distruggerle.

Lotta per la vita mediata dalla chimica.

(1) Airborne host–plant manipulation by whiteflies via an inducible blend of plant volatiles

Peng-Jun Zhang, Jia-Ning Wei, Chan Zhao, Ya-Fen Zhang, Chuan-You Li, Shu-Sheng Liu, Marcel Dicke, Xiao-Ping Yu e Ted C. J. Turlings

Si veda anche Gli hacker delle piante su Internazionale 1301, pag. 102 oppure su The economist https://www.economist.com/science-and-technology/2019/03/30/whiteflies-are-such-a-pest-because-they-hack-the-way-plants-communicate

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