Sequestrierung und Entgiftung bei Insekten

Pflanzen bilden eine erstaunliche Vielfalt sogenannter spezialisierter Stoffwechselprodukte, um sich gegen Fraßfeinde zur Wehr zu setzen. Allerdings konnten sich Insekten an die pflanzlichen Abwehrstoffe anpassen, indem sie beispielweise eine Unempfindlichkeit gegenüber dem Abwehrstoff entwickeln oder diesen enzymatisch entgiften können. Zahlreiche Insektenarten lagern sekundäre Pflanzenstoffe sogar in ihrem eigenen Gewebe ein und nutzen diese für die eigene Abwehr von natürlichen Feinden. Die zentrale Hypothese unserer Forschung ist, dass die Anpassungsmechanismen von Insekten an die pflanzliche Abwehrchemie Schlüsselinnovationen in der Evolution darstellen, die die Entstehung der Artenvielfalt pflanzenfressender Insekten vorangetrieben haben.  Um diese Hypothese zu überprüfen, wollen wir die adaptiven Mechanismen identifizieren, die diese Insekten befähigten, die pflanzliche Abwehr zu überwinden. Außerdem möchten wir die genetische Basis und den evolutionären Ursprung dieser Anpassungen aufklären. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Aufklärung der Anpassungsmechanismen von Flohkäfern der Gattungen Phyllotreta und Psylliodes an das Glucosinolat-Myrosinase-System, mit dem sich Kreuzblütler verteidigen. In verwundetem Gewebe werden Senfölglycoside (Glucosinolate) enzymatisch in hoch-reaktive Isothiocyanate umgewandelt, die eine sehr negative Wirkung auf nicht angepasste Herbivoren haben. Wir konnten bereits zeigen, dass Käfer der Gattung Phyllotreta nicht nur große Mengen dieser Senfölglycoside in ihrem Körper anreichern, sondern auch eine eigene Myrosinase entwickelten, die es ihnen ermöglicht, eingelagerte Senfölglycoside für eigene Zwecke zu aktivieren. In Käfern der Gattung Psylliodes, die ebenfalls auf Kreuzblütler-Pflanzen spezialisiert sind, scheint der Glucosinolat-Stoffwechsel viel komplexer zu sein. Wir untersuchen derzeit die Mechanismen, die der Sequestrierung und der Verstoffwechselung von Senfölglycosiden in Phyllotreta and Psylliodes unterliegen, und rekonstruieren die Phylogenie von Psylliodes-Arten, um die Evolution der Wirtspflanzen-Assoziationen in dieser Gattung zurückzuverfolgen.