Het gen laat de insecten gifstoffen neutraliseren die planten gebruiken voor hun verdediging
Witte vliegen (een foto) zijn bladluisachtige insecten die zich voeden met de bladeren van honderden planten. Een gen dat minstens 35 miljoen jaar geleden van een plant is verkregen, stelt het ongedierte in staat om een ​​gemeenschappelijke chemische afweer die door veel planten wordt gebruikt, te neutraliseren.
Op een bepaald moment, tussen 35 miljoen en 80 miljoen jaar geleden, landde een witte vlieg op een blad en begon aan zijn zoete sap te zuigen. Die noodlottige maaltijd leverde meer op dan alleen suiker. Op de een of andere manier wond een gen van de plant zich een weg naar het genoom van de witte vlieg, suggereert een nieuwe studie, en kan het zijn voorouders hebben geholpen om een ​​van de meest beruchte landbouwplagen te worden.
Het gen helpt planten bij het neutraliseren en veilig opslaan van bepaalde giftige moleculen die ze gebruiken om herbivoren af ​​te schrikken. In wittevlieg (Bemisia tabaci), het stelt de insecten in staat zich te voeden met flora, niet afgeschrikt door een van de beste chemische wapens ter wereld, melden onderzoekers 25 maart in Cel​ Deze genenwisseling tussen planten en insecten is de tweede die ooit is gedocumenteerd, en het duidelijkste voorbeeld van een insect dat effectief de genetische toolkit van hun “prooi” opeist om het tegen hen te gebruiken.
“Tien of twintig jaar geleden dacht niemand dat dit soort genoverdracht mogelijk was”, zegt Roy Kirsch, een chemisch ecoloog bij het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie in Jena, Duitsland, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Er zijn zoveel barrières die een gen moet overwinnen om van een plant naar een insect te gaan, maar deze studie laat duidelijk zien dat het is gebeurd en dat het gen een voordeel oplevert voor wittevlieg.”
Genuitwisseling komt veel voor bij bacteriën (SN: 31/10/11), en gebeurt af en toe tussen darmmicroben en hun dierlijke gastheren. Dit proces staat bekend als horizontale genoverdracht en stelt organismen in staat om de ploeterende aard van de overerving van ouder op nageslacht te omzeilen en onmiddellijk genen te verwerven die zijn gevormd door generaties van natuurlijke selectie. Maar een genetische sprong van planten naar insecten, geslachten gescheiden door ten minste een miljard jaar evolutie, is dat wel slechts één keer eerder gedocumenteerd, ook bij wittevlieg.
Witte vliegen zijn bladluisachtige insecten die zich voeden met meer dan 600 verschillende planten over de hele wereld. Het brede dieet van het schadelijke ongedierte komt gedeeltelijk voort uit hun vermogen om veel voorkomende afweermechanismen van planten te ontwijken (SN: 4/4/19​ Bij het zoeken naar genen die aan dit vermogen ten grondslag liggen, stuitten onderzoekers in China op iets vreemds in drie nauw verwante soorten wittevlieg – een gen, genaamd BtPMaT1, waarvan niet bekend is dat ze buiten planten bestaan.
Twee scenario’s zouden zo’n patroon kunnen verklaren. Ofwel het gen ontstond in de gemeenschappelijke voorouder van planten en insecten en werd vervolgens uitgedoofd op alle tussenliggende takken van de boom des levens, of wittevlieg kreeg het gen op de een of andere manier uit planten. Omdat planten en insecten zo ver verwant zijn, is het laatste scenario “veel, veel waarschijnlijker”, zegt Kirsch. Deze drie soorten witte vlieg splitsten zich zo’n 35 miljoen jaar geleden, wat suggereert dat ze het gen eerder hadden gekregen. Maar naaste familieleden die 80 miljoen jaar geleden uit elkaar gingen, missen het gen, wat suggereert dat de overdracht binnen dat venster heeft plaatsgevonden.
Het gen stelt planten in staat om een ​​gemeenschappelijke klasse van defensieve chemicaliën op te slaan die fenolische glycosiden worden genoemd het neutraliseren van de gifstoffen totdat herbivoren gaan kauwen. “Fenolische glycosiden zijn zeer giftig voor insecten”, zegt co-auteur Ted Turlings, een chemisch ecoloog en entomoloog aan de Universiteit van Neuchâtel in Zwitserland. De mogelijkheid dat wittevlieg een gen voor plantenontgifting zou kunnen gebruiken om plantentoxines te tolereren, prikkelde de collega’s van Turlings in China.
De onderzoekers stopten een beetje RNA in tomatenplanten in het lab. Eenmaal ingenomen door wittevlieg, werd het RNA ontworpen om hun uit te schakelen BtPMaT1 gen. Vervolgens liet het team wittevlieg los. Na een week voeden met vijf genetisch gewijzigde planten, waren alle ongeveer 2500 witte vliegen dood, vergeleken met slechts ongeveer 20 procent van degenen die zich voedden met ongewijzigde planten. Zo’n drastisch effect suggereert dat dit gen een belangrijke rol speelt bij het helpen van witte vliegen om de afweer van planten te omzeilen, zegt Turlings.
Hoe precies een plant BtPMaT1 terechtgekomen in wittevlieg blijft een mysterie. Virussen kunnen per ongeluk stukjes DNA tussen gastheren verplaatsen, en Turlings vermoedt dat dit hier waarschijnlijk is gebeurd. “Dit is een uiterst zeldzame gebeurtenis, maar als je het hebt over miljarden insecten en planten die gedurende miljoenen jaren op elkaar inwerken, wordt het meer mogelijk”, zegt hij. Horizontale genoverdracht is mogelijk “een belangrijk mechanisme voor ongedierte om de mogelijkheid te krijgen om met de afweer van planten om te gaan”.
De eerste gedocumenteerde genuitwisseling tussen planten en insecten, meldde 23 september in Wetenschappelijke rapporten, kwam ook voor bij wittevlieg, hoewel de functie van het gen in die ruil minder duidelijk is. Het hoeft echter geen toeval te zijn dat de twee bekende voorbeelden van een dergelijke gebeurtenis zich voordeden bij hetzelfde plantenetende insect.
“De levens van wittevlieg en hun plantgastheren zijn nauw met elkaar verweven”, zegt Shannon Soucy, een evolutionair microbioloog aan het Dartmouth College die niet bij het onderzoek betrokken was. Die consistente blootstelling maakt het systeem klaar om klaar te zijn voor dit soort evenementen, zegt ze, waardoor wittevlieg uiteindelijk dit plantafweer-gen tegen de maker ervan kon gebruiken.
