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Plants: Inducers of Resistance to Insects
1. Introduzione al concetto di resistenza vegetale
Introduction to the Concept of Plant Resistance
Le piante, contrariamente a quanto si possa pensare, non sono organismi passivi in balia degli insetti fitofagi. Nel corso di milioni di anni di evoluzione, hanno sviluppato un complesso arsenale di strategie difensive per proteggersi dai predatori. Alcune di queste difese sono costitutive, sempre presenti nella pianta, mentre altre sono inducibili: si attivano soltanto in risposta a un attacco. Gli induttori di resistenza appartengono a quest’ultima categoria e comprendono sia molecole naturali presenti in altri organismi, sia sostanze sintetiche create dall’uomo per stimolare le difese vegetali.
Plants, contrary to what one might think, are not passive organisms at the mercy of herbivorous insects. Over millions of years of evolution, they have developed a complex arsenal of defensive strategies to protect themselves from predators. Some of these defenses are constitutive, always present in the plant, while others are inducible: they are activated only in response to an attack. Inducers of resistance belong to this latter category and include both natural molecules found in other organisms and synthetic substances created by humans to stimulate plant defenses.
2. Meccanismi di difesa naturale nelle piante
Natural Defense Mechanisms in Plants
Le piante possono difendersi attraverso due vie principali: la resistenza diretta e la resistenza indiretta. La resistenza diretta comprende la produzione di metaboliti secondari tossici, repellenti o antinutritivi, come alcaloidi, terpenoidi, tannini e glicosidi cianogenici. Questi composti possono rallentare la crescita degli insetti, ridurne la fertilità o addirittura ucciderli. La resistenza indiretta, invece, si basa sull’attrazione di predatori o parassitoidi degli insetti dannosi, spesso attraverso emissioni di composti organici volatili (VOC) che fungono da segnali chimici.
Plants can defend themselves through two main pathways: direct resistance and indirect resistance. Direct resistance includes the production of toxic, repellent, or antinutritional secondary metabolites such as alkaloids, terpenoids, tannins, and cyanogenic glycosides. These compounds can slow insect growth, reduce their fertility, or even kill them. Indirect resistance, on the other hand, relies on attracting predators or parasitoids of harmful insects, often through the emission of volatile organic compounds (VOCs) that act as chemical signals.
3. Cosa sono gli induttori di resistenza
What Are Resistance Inducers
Gli induttori di resistenza sono sostanze o agenti in grado di attivare le difese naturali di una pianta prima o durante un attacco. Possono essere di origine naturale, come estratti vegetali, microrganismi benefici e frammenti di parete cellulare di patogeni, oppure sintetici, progettati per mimare segnali molecolari specifici. Questi induttori non agiscono direttamente sugli insetti come farebbe un insetticida tradizionale, ma rendono la pianta meno appetibile o più difficile da colonizzare.
Resistance inducers are substances or agents capable of activating a plant’s natural defenses before or during an attack. They can be of natural origin, such as plant extracts, beneficial microorganisms, and cell wall fragments from pathogens, or synthetic, designed to mimic specific molecular signals. These inducers do not act directly on insects as a traditional insecticide would but make the plant less palatable or more difficult to colonize.
4. Vie di segnalazione coinvolte nella resistenza indotta
Signaling Pathways Involved in Induced Resistance
Le vie di segnalazione più note nella resistenza indotta contro gli insetti sono principalmente due: la via dell’acido jasmonico (JA) e la via dell’acido salicilico (SA). L’acido jasmonico è fortemente coinvolto nella risposta agli insetti masticatori, inducendo la produzione di proteine inibitrici delle proteasi e altre molecole deterrenti. L’acido salicilico, invece, è più spesso associato alla difesa contro patogeni, ma in alcuni casi può contribuire a resistere agli insetti succhiatori. Entrambe le vie possono interagire con quella dell’etilene, modulando la risposta complessiva della pianta.
The most well-known signaling pathways in induced resistance against insects are mainly two: the jasmonic acid (JA) pathway and the salicylic acid (SA) pathway. Jasmonic acid is heavily involved in the response to chewing insects, inducing the production of protease inhibitor proteins and other deterrent molecules. Salicylic acid, on the other hand, is more often associated with defense against pathogens but in some cases can contribute to resistance against sucking insects. Both pathways can interact with the ethylene pathway, modulating the plant’s overall response.
5. Tipologie di induttori naturali
Types of Natural Inducers
Gli induttori naturali includono microrganismi benefici come funghi micorrizici e batteri promotori della crescita delle piante, che stimolano lo stato di “allerta” difensiva. Anche estratti da alghe marine, chitosano derivato dai gusci dei crostacei e oli essenziali possono funzionare come induttori, attivando la produzione di metaboliti difensivi. Alcune piante producono esse stesse molecole volatili che possono essere utilizzate in forma concentrata per stimolare altre specie vegetali.
Natural inducers include beneficial microorganisms such as mycorrhizal fungi and plant growth-promoting bacteria, which stimulate a defensive “alert” state. Extracts from seaweeds, chitosan derived from crustacean shells, and essential oils can also function as inducers, triggering the production of defensive metabolites. Some plants produce volatile molecules themselves, which can be used in concentrated form to stimulate other plant species.
6. Induttori sintetici e biotecnologici
Synthetic and Biotechnological Inducers
Gli induttori sintetici sono progettati per imitare segnali molecolari chiave nella comunicazione pianta–patogeno o pianta–insetto. Possono essere molecole semplici che attivano recettori specifici o composti più complessi derivati da ingegneria chimica. Alcune tecniche di biotecnologia vegetale mirano a inserire geni che codificano per recettori ipersensibili, in modo che la pianta reagisca più rapidamente alla presenza di un fitofago. Questi approcci offrono un vantaggio significativo in termini di rapidità di risposta e specificità.
Synthetic inducers are designed to mimic key molecular signals in plant–pathogen or plant–insect communication. They can be simple molecules that activate specific receptors or more complex compounds derived from chemical engineering. Some plant biotechnology techniques aim to insert genes encoding hypersensitive receptors so that the plant reacts more quickly to the presence of a pest. These approaches offer a significant advantage in terms of response speed and specificity.
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