Evolution of the Defense Compounds Against Biotic Stressors in the Invasive Plant Species Leucaena leucocephala

  • H. Kato-Noguchi
  • M. Kato
2025 - Molecules
Palavras-chave: Aleloquímico, estressor biótico, herbívoro, inseticida, espécie invasora, mimosina, nematicida, patógeno, pesticida
Termos de indexação: Taxas de crescimento, bioherbicida, flavonoides, compostos polifenólicos, nematicidas, fungicidas
 

Resumo

A Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit está listada entre as 100 piores espécies exóticas invasoras do mundo devido aos riscos que representa para as comunidades de plantas nativas. Características da história de vida, como altas taxas de crescimento e reprodução, e uma alta capacidade de adaptação a diferentes condições ambientais podem contribuir para suas propriedades invasoras. Sabe-se que estressores bióticos, como herbívoros, patógenos e espécies de plantas competidoras, exercem pressão seletiva significativa na sobrevivência, distribuição e abundância da planta. Relata-se que L. leucocephala contém vários compostos envolvidos nas funções de defesa contra esses estressores bióticos. Uma grande quantidade de L-mimosina, um aminoácido não proteico, foi encontrada em todas as partes da planta de L. leucocephala, incluindo suas flores. A L-mimosina é tóxica para mamíferos e insetos herbívoros, nematoides parasitas, fungos patogênicos e espécies de plantas competidoras vizinhas, inativando várias enzimas essenciais e bloqueando a replicação do DNA e/ou induzindo condições de estresse oxidativo. Vários flavonoides, compostos polifenólicos e/ou derivados dos ácidos benzoico e cinâmico são tóxicos para nematoides parasitas, fungos e bactérias patogênicos e espécies de plantas competidoras, ao perturbar as estruturas e funções da membrana plasmática e vários processos metabólicos. Esses compostos podem representar as características invasoras de L. leucocephala que sofreram seleção natural durante a evolução da espécie. Eles podem contribuir para as funções de defesa contra os estressores bióticos e aumentar sua sobrevivência, distribuição e abundância nas áreas introduzidas. Esta é a primeira revisão a focar nos compostos envolvidos nas funções de defesa contra estressores bióticos.

 

Abstract

Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit is listed in the world’s 100 worst alien invasive species because of the risks it poses to native plant communities. Life history traits, such as high growth and reproductive rates, and a high capacity to adapt to different environmental conditions may contribute to its invasive properties. Biotic stressors, such as herbivores, pathogens, and competing plant species are known to exert significant selective pressure on the plant’s survival, distribution, and abundance. L. leucocephala has been reported to contain several compounds involved in the defense functions against these biotic stressors. A large amount of L-mimosine, a non-protein amino acid, was found in all plant parts of L. leucocephala, including its flowers. L-Mimosine is toxic to herbivorous mammals and insects, parasitic nematodes, pathogenic fungi, and neighboring competing plant species by inactivating various essential enzymes and blocking DNA replication, and/or inducing oxidative stress conditions. Several flavonoids, polyphenolic compounds, and/or derivatives of benzoic and cinnamic acids are toxic to parasitic nematodes, pathogenic fungi and bacteria, and competing plant species by disrupting plasma membrane structures and functions, and various metabolic processes. These compounds may represent the invasive traits of L. leucocephala that have undergone natural selection during the evolution of the species. They may contribute to the defense functions against the biotic stressors, and increase its survival, distribution, and abundance in the introduced ranges. This is the first review to focus on the compounds involved in the defense functions against biotic stressors.

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