Plants are not exposed to herbivores without defenses. When an insect feeds on a leaf, thereby wounding it and releasing oral secretions, a signaling cascade is elicited in the plant, usually starting with a rapid increase in the amount of the plant hormone jasmonic acid and its active isoleucine conjugate. Jasmonic acid regulates various reactions in plants, including defenses against herbivores and responses to environmental stress.

An important thesis of evolutionary theory is natural selection and the conclusion that mutants with disadvantageous properties disappear again. However, researchers at the Max Planck Institute for Chemical Ecology in Jena have made observations on the wild tobacco species Nicotiana attenuata, also known as coyote tobacco, that contradict this prediction.

Twenty years ago, the scientists conducted field trials with tobacco plants muted in their defense signals in their natural environment, the Great Basin desert in the U.S. state of Utah. These genetically modified plants attracted leaf hoppers of the genus Empoasca, which were not found on wild type plants whose defenses had not been impaired.

At the same time, the researchers observed that feeding damage by leaf hoppers could also be observed on some individuals in natural populations. They showed that natural defense mechanisms in these individual plants were compromised.

However, the research team also found that other defense-impaired mutants exposed to only few herbivores in the field grew significantly faster than those with intact defense signals did. However, in years of high herbivore pressure, the mutants were so severely attacked that they did not survive and were unable to reproduce.

“These findings led us to think that natural populations of Nicotiana attenuata might contain natural mutants in the defense signaling pathway and that these mutants were maintained in natural populations by trade-offs between growth- and defense-related selection pressures,” said study leader Ian Baldwin, explaining the previous observations underlying the study.


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To test this hypothesis, Ian Baldwin’s team developed what is called a MAGIC population, which captures a large portion of the genetic diversity of the entire Nicotiana attenuata species in a breeding population with a homogenized genetic background.

Creating this population required screening hundreds of natural plant accessions from seed collections at different locations in the Great Basin Desert over three decades to eventually select 26 very different parental lines that were crossed with each other in a very structured way for a decade. The result of these crosses is the MAGIC (multi-parent advanced generation inter-cross) population. In addition, the researchers created a high-quality coherent reference genome.

With this data set, the scientists were able to accurately map the genetic basis of the higher susceptibility to herbivores and the variation in the levels of the jasmonic acid conjugate and locate the causative mutation in the genome.

โ€œIn Nicotiana attenuata plants, variation in the JAR gene affects how much of the jasmonic acid conjugate is accumulated. A mutation in this gene results in lower levels than in normal plants. The mutants prioritize growth and reproduction over defense, making them more susceptible to insect attack but potentially better at growing fast and producing more offspring,” says the study’s first author Rishav Ray.

In addition, the researchers demonstrated that the mutation in this single gene responsible for plant defense signaling is maintained in a population for at least 10 years, and a robust genetic network can buffer the deficit in defense, allowing the mutants to survive in nature.

Genetic mutations occur constantly and are, by and large, randomly distributed throughout genomes. Most often, these mutations are detrimental, but occasionally they are responsible for helpful traits in mutants that facilitate survival in certain environments. In this case, as suggested in the present study, the main mutation may be part of a robust genetic network and lead to the accumulation of other mutations with large effects. This increases genetic diversity in natural populations, which is important for their long-term survival and success in the rapidly changing environments of our planet.

“With the planetโ€™s rapidly changing climate, it is essential to understand and identify how natural processes have maintained genetic diversity so that we can find better ways of protecting and preserving the remaining biodiversity on our planet,” Ian Baldwin emphasizes the importance of the findings.

The extensive population sampling carried out 30 years ago in the Great Basin desert by the scientist, who has been investigating the survival strategies of this wild tobacco species for decades, was crucial to the success of the study.

The study shows that even after many years the collection and storage of such samples can still prove valuable, and emphasizes the importance of funding such long-term research projects.

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One response to “It all depends on the genetic diversity of plants.”

  1. […] Las plantas no estรกn expuestas a los herbรญvoros sin defensas. Cuando un insecto se alimenta de una hoja, hiriรฉndola y liberando secreciones orales, se obtiene una cascada de seรฑalizaciรณn en la planta, que normalmente comienza con un aumento rรกpido de la cantidad de la hormona vegetal รกcido jasmรณnico y su conjugado ysoleucina activo. El รกcido jasmรณnico regula diversas reacciones en las plantas, incluidas las defensas contra los herbรญvoros y las respuestas al estrรฉs ambiental. Una teorรญa importante de la teorรญa de la proceso es la selecciรณn natural y la conclusiรณn de que los mutantes con propiedades desventajas vuelven a desaparecer. Sin confiscaciรณn, investigadores del Instituto Max Planck de Ecologรญa Quรญmica de Jena han hecho observaciones sobre la especie de tabaco salvaje Nicotiana attenuata, asimismo conocida como tabaco coyote, que contradicen esta predicciรณn. Hace vigรฉsimo primaveras, los cientรญficos llevaron a tรฉrmino ensayos de campo con plantas de tabaco silenciadas en su interior. seรฑales de defensa en su entorno natural, el desierto de la Gran Cuenca en el estado estadounidense de Utah. Estas plantas modificadas genรฉticamente atrajeron tolvas del carรกcter Empoasca, que no se encontraban en plantas de tipo salvaje cuyas defensas no se habรญan afectado. Al mismo tiempo, los investigadores observaron que los daรฑos por la comestibles de las tolvas asimismo podrรญan observarse en algunos individuos de poblaciones naturales. Demostraron que los mecanismos de defensa naturales de estas plantas individuales estaban comprometidos. Sin confiscaciรณn, el equipo de investigaciรณn asimismo encontrรณ que otros mutantes con detrimento de la defensa expuestos sรณlo a varios herbรญvoros en el campo crecieron significativamente mรกs rรกpido que los que tenรญan seรฑales de defensa intactas. Sin confiscaciรณn, en primaveras de inscripciรณn presiรณn herbรญvora, los mutantes fueron atacados tan gravemente que no sobrevivieron y no pudieron reproducirse. ยซEstos hallazgos nos llevaron a pensar que las poblaciones naturales de Nicotiana attenuata podrรญan contener mutantes naturales en la vรญa de seรฑalizaciรณn de defensa y que estos mutantes se mantuvieron en poblaciones naturales por compensaciones entre las presiones de selecciรณn relacionadas con el crecimiento y la defensa ยซ, dijo el lรญder del estudio Ian. Baldwin, explicando las observaciones anteriores subyacentes al estudio. Para los que se inclinan por la ornitologรญa o los nerds que ama el humor bรบho, esta camiseta sabe whoooo hace que la ciencia sea divertida! La cรณmoda camiseta premium es ideal para ir a los libros o al laboratorio, dar paseos por la naturaleza a observar pรกjaros o simplemente hacer sonreรญr a sus compaรฑeros de bรบho y aficionados a la ciencia. Hoot hoot: es hora de fugarse al frente de la clase armado con curiosidad y charnela de palabras! Para probar esta hipรณtesis, el equipo de Ian Baldwin desarrollรณ lo que se apasionamiento una poblaciรณn MAGIC, que captura gran parte de la desemejanza genรฉtica de toda la especie de Nicotiana attenuata en una poblaciรณn reproductora con un fondo hereditario homogeneizado. La creaciรณn de esta poblaciรณn requiriรณ la selecciรณn de cientos de accesiones de plantas naturales de colecciones de semillas en diferentes lugares del desierto de la Gran Cuenca durante tres dรฉcadas para elegir finalmente 26 lรญneas parentales muy distintas que se cruzaron entre sรญ de una forma muy estructurada durante una plazo. El resultado de estos cruces es la poblaciรณn MAGIC (multi-parent advanced generation inter-cross). Por otra parte, los investigadores crearon un coherente genoma de relato de inscripciรณn calidad. Con este conjunto de datos, los cientรญficos pudieron cartografiar con precisiรณn la saco genรฉtica de la veterano susceptibilidad a los herbรญvoros y la variaciรณn de los niveles del conjugado de รกcido jasmรณnico y acotar al causante. mutaciรณn en el genoma. ยซEn las plantas de Nicotiana attenuata, la variaciรณn del gen JAR afecta a la cantidad del conjugado de รกcido jasmรณnico que se acumula. Una mutaciรณn en este gen provoca niveles mรกs bajos que en las plantas normales. Los mutantes priorizan el crecimiento y la reproducciรณn por encima de la defensa, haciรฉndolos mรกs susceptibles al ataque de insectos, pero potencialmente mejores para crecer rรกpidamente y producir veterano descendenciaยป, dice el primer autor del estudio, Rishav Ray. Por otra parte, los investigadores demostraron que la mutaciรณn en ese gen รบnico responsable de la seรฑalizaciรณn de la defensa de las plantas se mantiene en una poblaciรณn durante al menos 10 primaveras, y una red genรฉtica sรณlida puede aflojar el adeudamiento de defensa, permitiendo que los mutantes sobrevivan a la naturaleza. las mutaciones se producen constantemente y, por lo caudillo, se distribuyen aleatoriamente por los genomas. Muchas veces estas mutaciones son perjudiciales, pero a veces son responsables de rasgos efectos en mutantes que facilitan la supervivencia en determinados entornos. En este caso, tal y como se sugiere en el presente estudio, la mutaciรณn principal puede formar parte de una red genรฉtica robusta y conducir a la acumulaciรณn de otras mutaciones con grandes existencias. Esto aumenta la desemejanza genรฉtica de las poblaciones naturales, lo que es importante para su supervivencia a dispendioso plazo y su รฉxito en los entornos que cambian rรกpidamente de nuestro planeta. ยซCon el rรกpido cambio climรกtico del planeta, es esencial entender e identificar cรณmo los procesos naturales han mantenido la desemejanza genรฉtica para que podamos encontrar mejores formas de proteger y preservar la biodiversidad que queda en nuestro planetaยป, subraya Ian Baldwin en la importancia de los hallazgos . El extenso muestreo de poblaciรณn realizado hace 30 primaveras en el desierto de la Gran Cuenca por el comprobado, que lleva dรฉcadas investigando las estrategias de supervivencia de esta especie de tabaco salvaje, fue crucial para el รฉxito del estudio. El estudio muestra que, incluso a posteriori de muchos primaveras, la recogida y almacenamiento de estas muestras todavรญa pueden resultar valiosas, y subraya la importancia de financiar estos proyectos de investigaciรณn a dispendioso plazo. CRร‰DITO DE IMAGEN: (INTRODUCIR NOMBRES) Suscrรญbete al boletรญn Daily Dose y recibirรกs las mejores telediario de ciencia de la maรฑana de todo el web directamente en tu bandeja de entrada? Es posible como el domingo por la maรฑana. รšnete a la tira de correo electrรณnico de SCIENTIFIC INQUIRER u003cemu003eAl hacer clic en mandar, aceptas compartir tu direcciรณn de correo electrรณnico con el propietario del sitio y Mailchimp para aceptar marketing, actualizaciones y otros correos electrรณnicos del propietario del sitio. Utilice el enlace de aboliciรณn de la suscripciรณn de estos correos electrรณnicos para desactivarse en cualquier momento.u003c/emu003e Procesamiento… ยกร‰xito! Estรกs en la tira. ยกVaya! 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