Die Mechanismen der Wirtspflanzen-induzierten phänotypischen Plastizität der kutikularen Kohlenwasserstoffmuster bei Meerrettichblattkäfern

• Antragsteller: Dr. Sven Geiselhardt
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392668240

Kutikulare Kohlenwasserstoffe (CHCs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Arterkennung und der Partnerwahl von Insekten. Neben anderen biotischen und abiotischen Faktoren kann das CHC-Muster durch die Nahrung beeinflusst werden. Diese nahrungsinduzierten Veränderungen des CHC-Musters können verhaltensrelevant sein und zur reproduktiven Isolation zwischen Populationen oder nahverwandten Arten mit unterschiedlicher Nahrungsnutzung führen. Die beiden oligophagen Meerrettichblattkäfer Phaedon armoraciae und Phaedon cochleariae kommen im gleichen Habitat vor, nutzen aber unterschiedliche Wirtsarten. Unter natürlichen Bedingungen sind beide Arten durch Verhaltensisolation reproduktive voneinander getrennt. Hält man allerdings beide Arten im Labor auf der gleichen Wirtsart, bricht die Verhaltensisolation zusammen und es wird nicht zwischen arteigenen und artfremden Paarungspartnern unterschieden. Die CHC-Muster von Käfern die die gleiche Wirtsart nutzen sind sich ähnlicher als die von Käfern mit unterschiedlicher Wirtsnutzung, unabhängig von Art- oder Populationszugehörigkeit. Es ist bekannt, dass unterschiedliche Nahrung das Darmmikrobiom verändern kann. Diese Veränderungen können sich sowohl auf den CHC-Phänotyp, als auch auf das Paarungsverhalten von Insekten auswirken. Im Rahmen dieses Projektes soll untersucht werden (A) ob wirtsinduzierte Verhaltensisolation adaptiv ist im Hinblick auf Performanz und Immunkompetenz der Nachkommen, und (B) welche Mechanismen für die wirtsinduzierten Plastizität der CHC-Muster verantwortlich sind und welche Rolle das Darmmikrobioms der Käfer dabei spielt. Dazu sollen beide Phaedon-Arten auf verschiedenen Wirtsarten gehalten werden, um den Einfluss der Wirtspflanze auf das Darmmikrobiom zu dokumentieren. Um den wirtsassoziierten Trigger der CHC-Veränderung zu identifizieren, sollen die Käfer (i) auf einer Wirtsart gehalten werden, deren Blatt-assoziierten Bakteriengemeinschaft unterschiedlich manipuliert wird, und (ii) auf unterschiedlichen künstlichen Futtermedien gehalten werden, deren Zusammensetzung sich durch Beimischung von wirtsspezifischen Sekundärmetaboliten unterscheiden. Zudem soll die Veränderung des Darmmikrobioms nach einem Wirtswechsel zeitlich verfolgt werden, um diesen mit der zeitlichen Veränderung des CHC-Musters zu vergleichen. Weiterhin soll mittels RNA-Seq untersucht werden, wie sich die unterschiedliche Wirtsnutzung, bzw. die unterschiedliche Zusammensetzung des Darmmikrobioms, auf die Genexpression der Tiere und im speziellen in den Oenocyten, dem Ort der CHC-Biosynthese, auswirkt. Anschließend soll durch Ausschalten ausgewählter Kandidatengene mittels RNAi deren Beteiligung an der CHC-Biosynthese oder deren Regulation überprüft werden. Die Ergebnisse dieses Projektes werden neue grundlegende Erkenntnisse zur Regulation der CHC-Biosynthese bei Insekten, der Rolle von interspezifischen Interaktionen und von phänotypischer Plastizität bei der Divergenz von Kommunikationssystemen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen