Nuove conoscenze sull’ingestione di defensina nelle piante hanno indotto risposte metaboliche nell’insetto parassita polifago Helicoverpa armigera

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3151 (2023) Citare questo articolo

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L'insetto lepidottero Helicoverpa armigera è uno dei parassiti più distruttivi delle piante coltivate e sono in fase di sviluppo diversi approcci biotecnologici per il suo controllo. Le defensine vegetali sono piccoli peptidi cationici e ricchi di cisteina che svolgono un ruolo nella difesa delle piante. L'ingestione di una defensina dal Capsicum annuum (CanDef-20) ha indotto una riduzione dose-dipendente della massa larvale e pupale, ha ritardato la metamorfosi e ha anche ridotto gravemente la fecondità e la fertilità in H. armigera. Per comprendere i meccanismi molecolari dell'antibiosi mediata dall'ingestione di CanDef-20 nelle larve di H. armigera, è stata effettuata un'analisi trascrittomica comparativa. Sono state rilevate una sottoregolazione predominante dei GO rappresenta le endopeptidasi di tipo serina, costituenti strutturali dei ribosomi e componenti integrali della membrana e una sovraregolazione differenziale del legame, del nucleo e della traduzione dell'ATP, mentre è stata rilevata una sovraregolazione del legame dell'acido nucleico rappresentato da elementi trasponibili. È stato scoperto che diverse isoforme di lipasi, serina endopeptidasi, glutatione S-transferasi, caderina, fosfatasi alcalina e aminopeptidasi erano sovraregolate come risposta compensatoria all'ingestione di CanDef-20. I test enzimatici in vitro e l'analisi qPCR di alcuni geni rappresentativi associati a processi cellulari vitali come la metamorfosi, la digestione del cibo e la membrana intestinale hanno indicato regolazioni differenziali adattative nelle larve di H. armigera alimentate con CanDef-20. Concludiamo che l'ingestione di CanDef-20 influenza il metabolismo degli insetti in vari modi attraverso la sua interazione con la membrana cellulare, gli enzimi, le proteine ​​citoplasmatiche e l'attivazione della mobilitazione dei trasposoni che sono collegati al ritardo della crescita e alle strategie adattative in H. armigera.

Gli insetti nocivi portano a sostanziali perdite di rendimento delle piante coltivate sia a causa di danni diretti che di diffusione di malattie. Tra gli insetti nocivi che minacciano e attaccano le piante coltivate, Helicoverpa armigera è polifago ed è il più devastante1. Misure di controllo come l’uso di vari pesticidi e approcci basati su colture transgeniche sono state utilizzate a livello globale, sebbene H. armigera sviluppi resistenza2, portando al fallimento di questi metodi che richiedono lo sviluppo di nuovi approcci biologici per il controllo dei parassiti sostenibile e rispettoso dell’ambiente.

Gli insetti polifagi hanno sviluppato molteplici meccanismi di resistenza come la produzione di glutatione S-transferasi, glucosio ossidasi, sovraespressione di proteasi insensibile e citocromo P450 monoossigenasi per far fronte alle difese delle piante3. I meccanismi molecolari di resistenza dei transgenici Bt sono stati studiati negli ultimi anni. La mutazione nel gene del trasportatore caderina e ABCC2 presente nell'epitelio dell'orletto a spazzola di H. armigera e H. virescens ha provocato la resistenza contro la tossina Bt4. In aggiunta a ciò, l'espressione alterata della fosfatasi alcalina (ALP)5, dell'aminopeptidasi N (APN)6 e gli eventi regolatori nella proteina chinasi attivata dal mitogeno (MAPK)7 erano i meccanismi di resistenza utilizzati dagli insetti lepidotteri contro la tossina Bt. Questi studi forniscono prove di notevole diversità e plasticità nel metabolismo degli insetti per contrastare le difese delle piante.

Le piante hanno sviluppato sofisticate reti di regolamentazione per presentare risposte di difesa costitutive e indotte contro gli attacchi degli erbivori3. L’induzione delle vie del jasmonato (JA) e dell’acido salicilico (SA)4 seguita dalla produzione di metaboliti secondari, inibitori delle proteinasi (PI)5 e peptidi antimicrobici (AMP) determinano una risposta di difesa della pianta specifica per i parassiti. L'effetto degli AMP sugli insetti non è chiaramente decifrato ed è noto che esiste una probabilità molto inferiore di generare resistenza agli AMP nei batteri rispetto agli antibiotici8. Pertanto, lo studio del meccanismo di controdifesa degli insetti contro le molecole di difesa delle piante come i peptidi della defensina, ci aiuterà a creare una piramide di molecole di difesa per un migliore controllo dei parassiti degli insetti9.