Bij het aanvallen van kruisbloemigen, de sapzuigende witte vlieg Bemisia tabaci kan de chemische afweer van deze planten activeren. In een nieuwe studie, een internationaal team van onderzoekers toonde aan dat de plaag een groot deel van de plantengifstoffen onschadelijk kan maken door er overtollige suiker aan te binden. De witte vlieg zet dus een volledig nieuw en tot nu toe onbeschreven ontgiftingsmechanisme in om de afweer van de planten onschadelijk te maken, wat het succes van deze grote landbouwplaag zou kunnen verklaren. De studie is gepubliceerd in Natuur Chemische Biologie .

Wereldwijd gevreesde gewasplaag van honderden plantensoorten

Wittevlieg is een familie van sapzuigende insecten die zich voeden met het suikerhoudende floëem van planten. De zilverbladige witte vlieg Bemisia tabaci is bijzonder wijdverspreid over de hele wereld en wordt gevreesd als een plaag in de landbouw. Strikt gesproken, het is geen enkele soort, maar een complex van ongeveer twee dozijn nauwelijks te onderscheiden soorten.

De werkelijke schade aan de planten treedt op wanneer de insecten zoete honingdauw uitscheiden, waardoor schimmels de planten koloniseren, en van de verscheidenheid aan plantenvirussen die door de insecten worden overgedragen. Voor onderzoekers die de ontgiftingsmechanismen van plantenplagen bestuderen, Bemisia tabaci is een bijzonder interessant studiesysteem.

"Deze plaag is misschien een van, zo niet de meeste, succesvol floëem voedend insect in de wereld, gevonden op honderden verschillende soorten planten tot nu toe. Het komt een variabel landschap van chemische verdedigingsstoffen tegen in zijn dieet, " zegt Michael Easson, een van de twee eerste auteurs van de studie, die een doctoraatsonderzoeker is aan het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie. Om deze reden, werkte hij samen met een internationaal onderzoeksteam, waarin de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem een ​​sleutelrol speelt, om erachter te komen wat Bemisia tabaci zo'n succesvol plaaginsect maakt en hoe het omgaat met de chemische verdediging van zijn voedselplanten.

Het team rond projectgroepleider Daniel Vassão van de afdeling Biochemie van het Max Planck Instituut bestudeert al enkele jaren ontgiftingsmechanismen bij verschillende herbivoren. Van bijzonder belang is hoe insecten de zogenaamde mosterdoliebom van kruisbloemigen onschadelijk maken:dit afweermechanisme van de plant bestaat uit twee componenten, glucosinolaten en het enzym myrosinase, die in verschillende plantencellen worden opgeslagen.

Als plantenweefsel wordt beschadigd door herbivoren, het enzym splitst glucosesuikers af van de glucosinolaten en er ontstaan ​​giftige mosterdoliën. Omdat sapzuigende insecten niet op bladweefsel kauwen en slechts geringe weefselschade veroorzaken met hun stiletten, de smalle monddelen die ze gebruiken om floëem te drinken, eerder werd aangenomen dat dit afweermechanisme slechts een ondergeschikte rol speelt bij de bescherming van planten tegen witte vlieg of bladluis. Echter, recent onderzoek heeft aangetoond dat niet alleen kauwende maar ook zuigende insecten de mosterdoliebom kunnen activeren.

Een nieuwe ontgiftingsroute

De wetenschappers gebruikten de modelplant Arabidopsis thaliana, een kruisbloemige plant waarvan de verdediging ook gebaseerd is op glucosinolaten om het metabolisme van witte vlieg in meer detail te bestuderen. Ze analyseerden vooral de honingdauw, de suikerhoudende afscheiding van veel sapzuigende insecten, door middel van chemische analyses en isotopenlabeling van individuele chemische verbindingen. De onderzoekers waren verrast dat het afweermechanisme van Arabidopsis thaliana daadwerkelijk werd geactiveerd door de witte vlieg toen ze giftige mosterdolie vonden. Echter, ze ontdekten ook dat de biochemische route die leidt tot ontgifting een volledig nieuw type reactie is waarbij suiker uit het floëem wordt gebruikt om plantentoxines onschadelijk te maken. "Deze reactie kost deze insecten eigenlijk niets, aangezien deze suiker zo'n overschot heeft en toch als honingdauw moet worden uitgescheiden, ", zegt studieleider Daniel Vassão.

Het ontgiftingsproces is gebaseerd op een simpele reactie waarbij suiker in de vorm van een glucosegroep wordt gebonden aan een andere suiker die al deel uitmaakt van het glucosinolaat. De onderzoekers toonden aan dat het resulterende nieuwe chemische product niet kan worden geactiveerd door het plantenenzym, waarschijnlijk omdat het te omvangrijk is.

Voor deze nieuwe glucosyleringsroute de onderzoekers konden enzymen identificeren in Bemisia tabaci die de chemische reactie katalyseren. Ze waren verbaasd over de diversiteit van de ontgiftingstoolbox van dit insect. Hoewel ze zich concentreerden op slechts één enkele klasse van plantafweer, de glucosinolaten, ze hebben al minstens drie onafhankelijke routes voor ontgifting gevonden. "Het zal interessant zijn om te zien hoe algemeen deze ontgiftingsroutes zijn en of de witte vlieg ook specifieke ontgiftingsroutes heeft voor andere plantenverdedigingsstoffen in zijn repertoire, en welke enzymen deze processen aansturen, " zegt Vassão.