Saugwanzen modifizieren den Pflanzenstoffwechsel zu ihrem Vorteil

17. Juli 2018    Nr. 5/2018 (189)

Wanzen der Art Tupiocoris notatus kopieren Pflanzenhormone, injizieren sie in Tabakblätter und steigern so vermutlich den Nährstoffgehalt ihrer Nahrung


Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben erstmals gezeigt, dass freilebende Saugwanzen beim Fressen den Stoffwechsel ihrer Wirtspflanzen, Tabakpflanzen der Art Nicotiana attenuata manipulieren, indem sie Pflanzenhormone kopieren und in die Blätter injizieren. Eine ähnliche Strategie, die vermutlich den Nährstoffgehalt in der Umgebung der Einstichstelle steigert, war bislang nur von endophytischen Insekten, die innerhalb einer Pflanze leben, bekannt. Die neue Entdeckung, die in der Zeitschrift eLife veröffentlicht wurde, könnte zur Entwicklung wirksamerer Schädlingsbekämpfungsmittel gegen saugende Insekten beitragen (eLife, 17. Juli 2018, DOI: 10.7554/eLife.36268)

Wanzen der Art Tupiocoris notatus sind weitverbreitete Tabakschädlinge. Mit ihren Stechrüsseln bohren sie die Blätter von Tabakpflanzen und anderen Nachtschattengewächsen an, um Pflanzensaft zu saugen. Foto: Christoph Brütting, MPI chem. Ökol.

Freilebende Insekten können sich in der Natur von Pflanze zu Pflanze bewegen. Im Gegensatz dazu leben endophytische Insektenarten den größten Teil ihres Lebens in begrenzten Bereichen ein und derselben Pflanze, oft sogar innerhalb des Pflanzengewebes.  Eine Studie von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie zeigt nun erstmals, dass es freilebende Insekten gibt, die bei der Nahrungsaufnahme einen ähnlichen Mechanismus wie endophytische Insekten entwickelt haben. Werden Pflanzen von Insekten angegriffen aktivieren sie Abwehrmechanismen, die gegen die Angreifer gerichtet sind. Allerdings kommen Forscher immer wieder zu der Erkenntnis, dass Insekten in der Lage sind, die pflanzliche Abwehr auszuschalten oder für ihren eigenen Vorteil zu nutzen. Die Strategie, ihre Wirtspflanzen so zu manipulieren, dass der Nährstoffgehalt an der Fraßstelle gesteigert wird, war bislang jedoch nur von endophytischen Insekten bekannt.

„Es wird allgemein angenommen, dass endophytische Insekten die Physiologie ihrer Wirtspflanzen mithilfe des Pflanzenhormons Cytokinin modifizieren“, erläutert Erstautor Christoph Brütting, der sich im Rahmen seiner Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie mit der Rolle von Cytokininen bei Pflanzen-Insekten-Interaktionen beschäftigt hat. Cytokinine können ein Pflanzenorgan, das normalerweise Zucker produziert – wie etwa ein reifes Blatt  – in eine Art „Senke“ verwandeln. Eine solche „Senke“  ist das Ziel des Nährstofftransports innerhalb einer Pflanze, wo Zucker gespeichert oder primär verbraucht werden. „Es ist möglich, dass endophytische Insekten durch die Manipulation der Cytokinine lokale Stoffwechselsenken im befallenen Gewebe schaffen. Darauf, dass es Insekten gibt, die Cytokinine auf Pflanzen übertragen, gab es bislang allerdings keinerlei Hinweise.“

Um dieses Phänomen genauer unter die Lupe zu nehmen, untersuchten Brütting und seine Kollegen, wie der Kojotentabak (Nicotiana attenuata) auf den Befall freilebender Saugwanzen der Art Tupiocoris notatus, einer weitverbreiteten Art pflanzensaugender Schädlinge, reagieren. Die Forscher entwickelten eine Isotopenmarkierungstechnik, die es ihnen ermöglichte nachzuweisen, dass das Insekt Cytokinine in befallene Blätter injiziert, um den Pflanzenstoffwechsel zu manipulieren.

Bei leichtem Befall, wenn nur 20 Insekten gleichzeitig an einem Blatt saugen konnten, fanden die Wissenschaftler keine Veränderung der Nährstoffqualität, obwohl der Fraßschaden schwerwiegend war. Bei stärkerem Befall nahm jedoch die Proteinkonzentration in den befallenen Blättern ab, während die Zucker- und Stärkegehalte erstaunlich stabil blieben.

„Dieser marginale Einfluss auf den Nährstoffgehalt könnte auf den Nachschub von Nährstoffen aus unbefallenen in verwundete Blätter zurückzuführen sein“, meint Ian Baldwin, der Direktor der Abteilung Molekulare Ökologie am Max-Planck-Institut. „Wenn das so ist, dann verursacht der Befall durch Tupiocoris notatus wahrscheinlich eine Art Zuckersenke, ähnlich wie sie von endophytischen Insekten beim Fressen verursacht wird.“

Weitere Untersuchungen an Tupiocoris notatus und dem Transfer von Cytokininen sind nun geplant, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Schädlingen und ihren Wirtspflanzen zu verstehen. Diese Erkenntnisse können zur Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung der Schädlingsresistenz von Kulturpflanzen beitragen.



Originalveröffentlichung:
Brütting, C., Crava, C. M., Schäfer, M., Schuman, M. C., Baldwin, I.T. (2018). Cytokinin transfer by a free-living mirid to Nicotiana attenuata recapitulates a strategy of endophytic insects, eLife, doi: 10.7554/eLife.36268
https://doi.org/10.7554/eLife.36268  


Weitere Informationen:
Prof. Ian T. Baldwin, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Germany, Phone +49 (0)3641 571101, baldwin [at] ice.mpg.de


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