Vluchtige stoffen in groene bladeren zijn de snelle reactie van een plant op bedreigingen. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Heb je je ooit afgevraagd over die scherpe, groene toon die je neus raakt als je het gazon maait of bloemstelen afsnijdt? Die zijn groene bladvluchtige stoffen of GLV's: gemakkelijk verdampende oliën die planten gebruiken om met andere planten te communiceren en zichzelf te verdedigen tegen herbivoren of ziekteverwekkers zoals bacteriën of schimmels.

Bijna elke groene plant kan dat snel GLV's synthetiseren en vrijgeven wanneer ze worden aangevallen, weren ze zowel direct aanvallers af als indirect het aantrekken van roofdieren van herbivoren zoals insecten en activeren ze de andere verdedigingsmechanismen van de plant. Onderzoekers weten dat GLV's een belangrijke rol spelen bij de bescherming van planten, maar hoe ze werken blijft onduidelijk.

Ik ben een biochemisch onderzoeker, en door een samenwerking tussen de Wang Lab en Stratmann-lab van de Universiteit van South Carolina bestuderen mijn collega's en ik hoe plantencellen vluchtige stoffen uit groene bladeren inzetten. In onze recent gepubliceerd onderzoekidentificeerden we de potentiële signaalroutes die GLV's gebruiken om verdedigingsreacties in tomatencellen te induceren. Ons uiteindelijke doel is manieren te vinden om GLV's te gebruiken om landbouwongedierte te bestrijden voor een schonere landbouw.

Afweersystemen in fabrieken

Planten gebruiken veel verdedigingssystemen om zichzelf te beschermen. De eerste verdedigingslinie omvat het detecteren van microbiële indringers en de aanwezigheid van schade met behulp van schade-geassocieerde moleculaire patronen, of DAMPsDit zijn moleculen die vrijkomen door beschadigde of stervende cellen.

Wanneer een cel een DAMP identificeert, veroorzaakt dit een immuunreactie en bevordert het reparatiemechanismen. Het leidt ook tot veranderingen in de calciumionconcentratie, waardoor immuungerelateerde genen en eiwitten verder worden geactiveerd. DAMP's ook zet eiwitten aan gebruikelijk in veel stresssignaleringsroutes die andere afweerreacties activeren. Planten hebben verschillende verdedigingsmiddelen.

Uit veel onderzoeken is gebleken dat de effecten van GLV's zijn dat wel Soortgelijke DAMP's. Daarom wilden mijn team en ik bewijzen of GLV's ook als DAMP's kunnen fungeren.

Om dit te doen, hebben we onderzocht welke eiwitten in tomatencellen aan of uit staan. Het chemisch veranderen van de structuur van een eiwit via een proces dat wordt genoemd fosforylering schakelt het in of uit. Eiwitfosforylering speelt een centrale rol bij het reguleren van een groot aantal cellulaire processen en omvat vele signaaltransmissieroutes. Het bestuderen van het fosfoproteoom, of alle eiwitten die in één systeem worden gefosforyleerd, van tomatencellen zouden ons kunnen helpen de signaalroutes van GLV's en DAMP's te vergelijken.

We ontdekten dat veel van de eiwitten die betrokken zijn bij vluchtige signaalroutes van groene bladeren betrokken waren bij het reguleren van stress. Deze omvatten veel componenten van DAMP-signaleringsroutes, wat onze hypothese ondersteunt dat GLV's als DAMP's functioneren bij het activeren van verdedigingsreacties.

Gebruik van GLV's in de landbouw

De landbouw legt vaak een aanzienlijke druk op de natuurlijke hulpbronnen en het milieu. Het gebruik van conventionele pesticiden kan bijvoorbeeld leiden tot aantasting van het milieu en resistentie tegen plagen.

biopesticiden worden steeds populairder als minder giftig alternatief. Dit zijn in de natuur voorkomende organismen of verbindingen die de groei en verspreiding van ongedierte onderdrukken. Bijvoorbeeld, vluchtige organische stoffen uit planten zijn een soort biopesticiden waarvan is bewezen dat ze een verminderd gebruik van synthetische insecticiden mogelijk maken om ongedierte in opgeslagen voedselgranen te bestrijden.

Daarom kunnen GLV's ook effectieve biopesticiden in de landbouw zijn. Eén onderzoek heeft aangetoond dat GLV's een plantenplaag kunnen aantrekken, de Apion miniatum kever, zich voeden een invasief en moeilijk te bestrijden onkruid, Rumex overleg. Bovendien is uit veldonderzoek naar wilde tabaksplanten gebleken dat het vrijgeven van GLV's vijanden van herbivoren kan aantrekken. De aanwezigheid van deze herbivore concurrenten kan niet alleen insectenplagen onder controle houden, maar ook de productie van aangetaste planten verhogen.

Met verder onderzoek zijn wij van mening dat GLV's het potentieel hebben om ongedierte op natuurlijke wijze te bestrijden en duurzame landbouw te ondersteunen.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, Ph.D. Kandidaat in de biochemie, Universiteit van South Carolina

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.