Gegenanpassungen von Blattkäfern an die Wirtspflanzenabwehr über die Ontogenie von Larven zu Adulten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Caroline Müller
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315499861

Herbivore Insekten haben verschiedene Strategien evolviert, um Abwehrstoffe ihrer Wirtspflanzen zu entgiften. Die Pflanzenfamilie der Brassicaceae ist für ihr Glukosinolat-Myrosinase-Abwehrsystem bestens bekannt, bei dem toxische Abbauprodukte wie Isothiocyanate freigesetzt werden, sobald das Substrat mit dem Enzym in Kontakt kommt. Insekten, die an Brassicaceae fressen, müssen daher die Glukosinolate so metabolisieren, dass die Bildung toxischer Abbauprodukte vermieden wird. Eine faszinierende Diversität an Gegenanpassungen von Insekten an das Abwehrsystem der Brassicaceae wurde innerhalb der Lepidoptera, sowie in Arten der Hemiptera, Hymenoptera und einer Käferart aufgedeckt. Dagegen ist nahezu nichts über die Entgiftungswege des Glukosinolat-Myrosinase-Abwehrsystems in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von Arten, wie beispielsweise einigen Chrysomeliden, bekannt, in denen sowohl Larven als auch Adulte an Brassicaceae fressen. Erste Experimente deuten darauf hin, dass der Nahrungsspezialist Phaedon cochleariae einen neuartigen Mechanismus des Umgangs mit dem Glukosinolat-Myrosinase System aufweist, der sich von allen bisher für Brassicaceae-Fresser bekannten Gegenanpassungen unterscheidet. In diesem Projekt soll der Glukosinolatmetabolismus zweier Chrysomelidenarten, dem genannten Nahrungsspezialisten und einem Generalisten, über deren Ontogenie aufgeklärt werden. Larven und Adulte sollen untersucht werden um zu testen, ob sich der Entgiftungsmechanismus aufgrund der grundlegenden physiologischen Umorganisation während der Metamorphose unterscheidet. Außerdem soll die Spezifität des Glukosinolatmetabolismus bezüglich der Glukosinolatstruktur erforscht werden. Um diese Fragen zu beantworten, werden Fraßexperimente mit markierten und unmarkierten Glukosinolaten gefolgt von chemischen Analysen der Abbauprodukte durchgeführt. Außerdem werden Bildaufnahmen von Schnitten von Larven und Adulten nach unterschiedlichen Fraßdauern mittels MALDI-MSI erstellt, um intakte Glukosinolate und deren Abbauprodukte in den Insekten zu lokalisieren. Dies ermöglicht es, die Geschwindigkeit des Metabolismus und das Organ, in dem dieser stattfindet, aufzudecken. Schließlich sollen Myrosinaseaktivitäten in Darmabschnitten gemessen werden, um zu testen, ob diese Enzyme während der Darmpassage inhibiert werden. Aus der Perspektive der Herbivoren wird das Projekt neuartige Erkenntnisse zur beeindruckenden, divergenten Evolution von Anpassungen herbivorer Insekten an duale pflanzliche Abwehrsysteme liefern und aufzeigen, inwieweit sich diese im Laufe der Ontogenie ändern. Aus der Perspektive der Pflanzenevolution können wir lernen, inwieweit der unterschiedliche Umgang von Insekten mit den verschiedenen Glukosinolaten und Myrosinasen dazu beiträgt, dass Pflanzen eine solche Vielfalt an Glukosinolatstrukturen und Abbauprodukten synthetisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen