Structura moleculară explică rezistența tomatelor sălbatice la molia minieră
Un studiu internațional publicat în revista Nature Communications arată de ce tomatele sălbatice (Solanum pennellii) rezistă mai bine atacului moliei miniere a tomatei (Phthorimaea absoluta) decât varietățile cultivate. Diferența nu constă în cantitatea de substanță de apărare, ci în structura spațială a moleculei. Cercetarea a fost coordonată de Jiancai Li, profesor la Institutul de Fiziologie și Ecologie a Plantelor din Shanghai și la Universitatea Academiei Chineze de Științe din Beijing, și a implicat echipa lui José Maurício Simões Bento, profesor la Școala Superioară de Agricultură „Luiz de Queiroz” a Universității din São Paulo.
Filotomatina și α-tomatina: aceleași componente, aranjament diferit
Studiul a analizat glicoalcaloizii steroizi, substanțe produse de plantele din genul Solanum — tomate, cartofi și vinete — implicate în apărarea chimică împotriva insectelor și patogenilor. În frunzele tomatelor cultivate predomină α-tomatina, iar în cele sălbatice filotomatina. Cele două au același conținut de zahăr, dar nucleul lor molecular are o structură tridimensională diferită, un fenomen legat de chiralitate. O moleculă chirală nu se poate suprapune perfect peste imaginea ei în oglindă, la fel cum mâna dreaptă nu se potrivește peste cea stângă.
„Viața însăși este un mediu puternic chiral. Aminoacizii și zaharurile există predominant într-una dintre formele enantiomerice. Prin urmare, în fața unei ținte biologice specifice, doar o configurație se poate potrivi corect în cavitatea unei proteine, iar cealaltă nu”, explică Li.
Experimentele cu insecte au confirmat principiul: filotomatina a oferit o protecție mai mare împotriva moliei miniere decât α-tomatina, atât în teste pe plante, cât și în bioensaiuri pe dietă artificială. „Unul dintre cele mai interesante aspecte ale studiului este că arată că, în apărarea plantelor, nu contează doar prezența sau cantitatea unei substanțe, ci și modul în care moleculele ei sunt organizate în spațiu”, spune Bento.
Patru aminoacizi fac diferența
Cercetătorii au investigat gena GAME8, care codifică o enzimă implicată în biosinteza acestor glicoalcaloizi. Tomatele sălbatice au două gene foarte asemănătoare, GAME8a și GAME8b: enzima produsă de GAME8a favorizează configurația R, care duce la filotimatină, iar cea produsă de GAME8b favorizează configurația S, care duce la α-tomatină. La tomatele cultivate, cele două gene au secvențe identice și favorizează predominant configurația S.
Echipa a identificat patru aminoacizi aflați în jurul cavității catalitice a enzimei, care determină orientarea moleculei precursoare și, implicit, configurația finală a produsului. „Acea orientare definește care atom de hidrogen va fi modificat și, în consecință, configurația finală a produsului”, explică Li.
O apărare adaptată fiecărui dăunător
Testele cu un alt insect, Spodoptera litura, un erbivor generalist, au arătat că filotomatina și α-tomatina au efecte defensive similare. Superioritatea filotomatinei nu este așadar absolută, ci depinde de insecta care atacă planta. Potrivit lui Li, acest lucru susține ipoteza că activitatea fiecărei configurații moleculare depinde de interacțiunea cu ținte specifice din corpul insectei. Diferite specii sălbatice acumulează configurații diferite ale compușilor, ceea ce sugerează că apărarea chimică evoluează în răspuns la interacțiuni specifice cu anumiți erbivori.
Perspective pentru tomatele rezistente
Identificarea celor patru aminoacizi care controlează preferința enzimei GAME8 deschide calea unor aplicații agricole. „Din punct de vedere tehnic, modificarea GAME8 pentru ca planta să acumuleze filotimatină este perfect fezabilă, prin editarea celor patru aminoacizi cheie cu biotehnologiile actuale, fără introducerea de gene exogene”, spune Li.
Totuși, transformarea descoperirii într-o varietate comercială necesită prudență. Trebuie testate efectele asupra altor dăunători majori ai tomatelor, precum musculițele albe, iar modificarea metabolismului glicoalcaloizilor poate afecta calitatea fructelor, gustul și proprietățile antinutriționale. Studiul stabilește însă un principiu mai larg: îmbunătățirea apărării chimice a unei plante nu presupune neapărat creșterea cantității de substanță toxică, ci poate fi suficientă modificarea orientării spațiale a unei molecule pe care planta o produce deja.
