Descoperire inedită într-o iarbă de pădure din Kentucky: o ciupercă produce substanțe rare de combatere a insectelor
Cercetătorii de la Colegiul de Agricultură, Alimentație și Mediu Martin-Gatton al Universității din Kentucky au descoperit că o ciupercă ce trăiește în interiorul unei ierburi comune de pădure din Kentucky produce o combinație rară de substanțe chimice care probabil ajută planta să se protejeze de insectele care se hrănesc cu ea.
Studiul, publicat în Applied and Environmental Microbiology, a analizat iarba sălbatică Brachyelytrum erectum, care crește în pădurile din Kentucky. În interiorul acestei ierburi trăiește ciuperca Epichloë brachyelytri, un „endofit” care locuiește în plantă fără a-i face rău. Relația dintre ciupercă și iarbă este simbiotică: iarba oferă ciupercii un adăpost, iar în schimb ciuperca produce substanțe chimice care împiedică insectele să consume planta.
Echipa de cercetare, condusă de Christopher Schardl și Padmaja Nagabhyru din Departamentul de Patologie a Plantelor, a constatat că ciuperca produce trei alcaloizi diferiți. Doi dintre ei — exo-1-acetamidopirolizidina și chanoclavina — sunt de obicei compuși intermediari pe care alte ciuperci îi transformă în substanțe mai complexe. Însă această ciupercă oprește procesul mai devreme și îi păstrează ca produse finale.
„Ceea ce o face specială este că este prima ciupercă descoperită vreodată care face acest lucru cu ambii compuși în același timp”, a declarat Schardl.
Urmărirea substanțelor chimice în ierburile din Kentucky
Echipa a colectat mostre de iarbă din șase locații din Kentucky, de-a lungul unui traseu care se întinde pe 171 de kilometri. Locațiile au inclus Kentucky River Palisades, Parcul Național Mammoth Cave, Red River Gorge și Carter Caves State Resort Park. De asemenea, au studiat iarba cultivată la The Arboretum, Grădina Botanică de Stat a Kentucky, unde membrii personalului Universității din Kentucky, Wes Hansen și Judson Collins, au ajutat la creșterea plantelor.
Folosind un instrument de cromatografie lichidă de ultraperformanță cuplată cu spectrometrie de masă tandem (UHPLC-MS/MS) pentru a măsura cantități extrem de mici de substanțe chimice din fiecare mostră de iarbă, oamenii de știință au comparat cât din fiecare alcaloid se afla în frunze, semințe și lăstari tineri.
Costul apărării chimice
Producerea acestor substanțe chimice consumă multă energie pentru ciupercă, a explicat Schardl.
„Avem dovezi intrigante că, în lăstarii tineri, endofitul duce o luptă internă pentru a decide căror căi chimice să le aloce resurse, atunci când acele căi au nevoie de aceleași elemente de bază”, a spus Schardl. „Aceasta explică și de ce endofitul a pierdut una sau alta dintre aceste substanțe chimice în câteva locații unde bănuim că insectele nu reprezintă o problemă atât de mare, iar ciuperca poate economisi energie sărind peste o parte din procesul chimic.”
Aceasta sugerează că producerea acestor substanțe de combatere a insectelor reprezintă o investiție importantă pentru ciupercă, ceea ce înseamnă că ele trebuie să fie esențiale pentru supraviețuire în majoritatea locurilor.
De la iarba de pădure la pășuni mai sigure
Echipa a descoperit, de asemenea, că această combinație rară de substanțe chimice găsită în iarba de pădure provine din alte specii de ciuperci prin căi evolutive diferite — inclusiv schimb de gene între specii și hibridizare atunci când două specii se combină.
Înțelegerea modului în care funcționează aceste parteneriate între iarbă și ciuperci are relevanță dincolo de ecologia pădurilor. Ciuperci similare trăiesc în interiorul ierburilor de pășune pe care le consumă vitele și caii, iar unele dintre aceste ciuperci produc substanțe chimice care pot fi toxice pentru animalele domestice.
„Descoperirea lor mai frecvent decât ne-am așteptat întâmplător ne-a motivat să investigăm dacă acest amestec chimic este un protector deosebit de puternic împotriva insectelor”, a spus Schardl. „Studierea unor exemple sălbatice ca acesta îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă cum a evoluat întregul sistem și cum l-ar putea folosi pentru a crea în viitor ierburi de pășune mai bune și mai sigure.”
