From laboratory to field - Research on insecticide resistance using the example of a chimeric cytochrome P450 monooxygenase

• Antragstellerin: Dr. Nicole Joußen
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231612150

Die Entstehung von Insektizidresistenzen bei Schadinsekten ist eine der Hauptbedrohungen der heutigen Landwirtschaft. Die Baumwolleule, Helicoverpa armigera, ist die Eulenfalter-Art mit den weitaus meist gemeldeten Insektizidresistenz-Fällen weltweit, entsprechend einer der größten geographischen Verbreitungen aller Landwirtschaftsschädlinge. Das macht H. armigera zu einem geeigneten Modellorganismus, um Resistenzmechanismen im Detail zu untersuchen. Die der Insektizidresistenz zugrunde liegenden Hauptmechanismen sind die Zielortunempfindlichkeit und der Metabolismus, vor allem aufgrund von Carboxylesterasen und Cytochrome P450-Monooxygenasen. Erst kürzlich wurde der Resistenzmechanismus eines australischen H. armigera Stammes gegen das Pyrethroid Fenvalerat auf ein einziges P450, CYP337B3, zurückgeführt. CYP337B3 ist eine natürlich vorkommende Chimäre zwischen CYP337B2 und CYP337B1, entstanden durch ein inäquales Crossing-over. Dieses Enzym hat neue und exklusive Substratspezifitäten erworben, die zur Detoxifizierung von Fenvalerat führen. Dies ist der erste bekannte Fall von Rekombination als einem weiteren genetischen Mechanismus, neben Überexpression und Punktmutation, der zur Insektizidresistenz führt. Deshalb sind CYP337B1, CYP337B2 und CYP337B3 ideale Kandidaten zur Untersuchung des Struktur-Funktionszusammenhangs in P450. Das Projekt beabsichtigt die Charakterisierung von Aminosäuren, die für die Aktivität von CYP337B3 gegenüber Fenvalerat entscheidend sind. Die durch CYP337B3 vermittelte Kreuzresistenz ermöglicht zusätzlich die Ermittlung von chemischen Gruppen der Pyrethroide, die die Detoxifizierung durch CYP337B3 fördern und solchen, die zur Brechung der Resistenz führen. Pyrethroide mit identifizierten Resistenz-brechenden Gruppen können sogar zur Kontrolle von Pyrethroid-resistenten Populationen von H. armigera eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Systems ist, dass CYP337B3 nicht nur in Australien Insektizidresistenz hervorruft, sondern dass dies ein allgemeinerer Mechanismus zu sein scheint, was kürzlich durch den Fund des chimären P450 in einem Cypermethrin-resistenten pakistanischen Stamm verdeutlicht wurde. Um den möglicherweise weltweiten Beitrag von CYP337B3 zur Pyrethroidresistenz von H. armigera und nahe verwandten Arten zu erhellen, sollen Feldpopulationen verschiedener Länder mittels PCR auf das Vorhandensein von CYP337B3 und dessen Eltern-Genen getestet werden. Gegebenenfalls soll die Allelfrequenz von CYP337B3 bestimmt werden, was eine geeignete Methode wäre, auf das Resistenzlevel der untersuchten Populationen zu schließen. Das Projekt soll schließlich in Empfehlungen für Landwirte zur Bekämpfung von Populationen von H. armigera und nahe verwandten Arten, die CYP337B3 besitzen, resultieren. Dies wird zunehmend wichtiger aufgrund des Klimawandels, der H. armigera eine Ausbreitung nach Norden, einschließlich Zentraleuropas, erlaubt, wo sie bis jetzt den Winter nicht überleben kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen