Plant response to early herbivory cues: how does a plant perceive an imminent attack?

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Resumo

Plantas e herbívoros têm uma relação ecológica complexa. Plantas podem reagir a sinais de herbivoria que são indicativos de ataques futuros e ativarem o estado de “priming”, e são capazes de reconhecer a herbivoria, induzindo a síntese de defesas. O “priming” de defesa refere-se a um estado de alerta elevado em plantas desencadeado por estímulos externos como sinais de estresse causados por herbívoros. Em vez de ativar imediatamente uma defesa induzida, as plantas em estado de “priming” respondem mais rapidamente e de forma mais eficaz quando confrontadas com o ataque real. Desta forma, esta pesquisa integra estudos sobre o “priming” de defesa das plantas através da detecção de pistas iniciais de herbivoria. No capítulo 1, foi encontrado que o feromônio sexual do minador das folhas do café Leucoptera coffeella desencadeia um aumento de defesa em plantas de café, reduzindo a postura de ovos e danos pela larva. Adicionalmente, a exposição ao feromônio sintético 5,9-dimetilpentadecano aumentou os níveis de compostos defensivos presentes nas folhas de café. No capítulo 2, encontramos que a domesticação de Cucurbita pepo alterou as respostas de defesa “priming” em plantas de C. pepo quando expostas ao feromônios de agregação do besouro-listrado, Acalymma vittatum. As variedades domesticadas mostraram um aumento no mecanismo de defesa em comparação com variedades selvagens. O capítulo 3 consistiu em uma meta-análise sobre as defesas “priming” em plantas a pistas voláteis de herbivoria. Foi demonstrado que a ativação da defesa “priming” em plantas é comum que tanto plantas anuais e perenes ativam suas defesas “priming” assim como, plantas selvagens e domesticadas. Adicionalmente, vimos que a duração da exposição a pista volátil, as condições experimentais e a natureza do composto volátil modificam as respostas de defesa “priming” em plantas. Essas descobertas sublinham coletivamente a importância da comunicação planta-inseto por meio de pistas químicas, oferecendo insights sobre o manejo sustentável de pragas, o impacto evolutivo da domesticação na defesa de plantas e novas perspectivas para estudos futuros.

Abstract

Plants and insect herbivores have a complex ecological relationship. Plants can react to direct signals from herbivores that indicate future attacks. When faced with herbivory damage or cues from insects, they frequently induce or prime their defenses. "Priming" of defense refers to a heightened state of alertness in plants triggered by external stimuli such as signals of stress caused by herbivores. Instead of immediately activating an induced defense, plants in a "priming" state respond more quickly and effectively when confronted with the actual attack. This research integrates studies on plant defense priming through detection of insect delivered cues. For instance, the sex pheromone of the coffee leaf miner Leucoptera coffeella triggers defense priming in coffee plants, reducing egg-laying and damage. Exposure to the synthetic pheromone 5,9-dimethylpentadecane altered the levels of defensive compounds, suggesting intricate chemical signaling in plant-insect interactions. Similarly, the domestication of Cucurbita pepo has altered its varieties' responses to insect pheromones like vittatalactone from Acalymma vittatum, with domesticated types showing an increase in defense mechanism compared to wild types. Furthermore, a meta-analysis highlights the broader phenomenon of plant priming of defense in response to herbivore stress. It has been shown that the activation of "priming" defense in plants is common and that both annual and perennial plants activate their "priming" defenses, as well as wild and domesticated plants. Additionally, we have seen that the duration of exposure to volatile cues, the experimental conditions, and the nature of the volatile compound modify the "priming" defense responses in plants. These findings collectively underscore the significance of plant-insect communication through chemical cues, offering insights into sustainable pest management, the evolutionary impact of domestication on plant defense, and new perspectives for future studies.

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OLIVEIRA, Sofia Pimenta de. Plant response to early herbivory cues: how does a plant perceive an imminent attack?. 2024. 115 p. Tese (Doutorado em Ecologia Aplicada) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.

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