Evolutionäre Bedeutung phytochemischer Diversität:Cardenolide als Modellsystem

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Petschenka
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222686921

Pflanzen produzieren eine Vielzahl von Toxinen, die der Abwehr herbivorer Insekten dienen. Eine wichtige Gruppe solcher Pflanzentoxine sind die Cardenolide (Herzglykoside). Cardenolide sind spezifische Inhibitoren der Na+K+-ATPase, einem im Tierreich allgegenwärtigen Enzym, das essentielle physiologische Funktionen erfüllt. Da Cardenolide seit ca. 50 Jahren im Zentrum zahlreicher chemoökologischer Studien stehen, eignen sie sich in vielerlei Hinsicht hervorragend als Modell, um evolutive Anpassungen von Insekten an Pflanzentoxine zu verstehen. In diesem Zusammenhang besonders bedeutsam ist der Monarchfalter (Danaus plexippus), dessen Raupen Cardenolide aus Seidenpflanzen (Asclepias; Apocynaceae) nicht nur tolerieren können, sondern sie auch zum Selbstschutz speichern (Sequestration). Pflanzen verfügen häufig über ein breites Spektrum zwar verwandter, aber strukturell verschiedener toxischer Sekundärstoffe. Bestimmte Asclepias-Arten beispielsweise produzieren bis zu 30 verschiedene Cardenolide. Es ist jedoch nicht bekannt, ob eine derartige Vielfalt ähnlicher Toxine einen ökologischen bzw. evolutiven Nutzen hat. Ich möchte deshalb anhand von D. plexippus und seiner Nahrungspflanzen (Asclepias spp.), modellhaft untersuchen, ob phytochemische Diversität sich negativ auf ein spezialisiertes phytophages Insekt auswirkt. Da Pflanzen auf Insektenfraß mit verstärkter Bildung von Cardenoliden reagieren (Induktion), werde ich zudem untersuchen, ob nach Induktion mehr Cardenolide in die Raupen gelangen, bzw. verstärkt solche Cardenolide gebildet werden, die besonders toxisch auf D. plexippus wirken. Weiterhin werde ich untersuchen, ob die Sequestration bestimmter Cardenolide bei D. plexippus eine Optimierung zur Vermeidung von Autotoxizität darstellt. Für meine Experimente werde ich einen integrativen Ansatz verfolgen, der ökologische, biochemische und chemisch-analytische Techniken verbindet.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Anurag Agrawal, Ph.D.