Aktivierung von Pflanzentoxinen durch herbivore Insekten
Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen produzieren bioaktive Substanzen, um sich gegen pflanzenfressende Insekten zu wehren. Um zu verhindern, dass diese Verbindungen ihr eigenes Gewebe schädigen, fügen Pflanzen oft Zucker an die bioaktiven Substanzen an, wodurch diese inaktiviert werden . Wenn ein Insekt die Pflanze frisst, entfernt die Pflanze den stabilisierenden Zucker, wodurch die Verbindungen aktiviert werden und giftig oder abschreckend wirken. Oft entfernen die Pflanzen die Zucker selbst, manchmal werden die Zucker jedoch auch von den Insekten entfernt. Derzeit ist unklar, welche Auswirkungen es hat, wenn das Insekt den Zucker selbst entfernt, insbesondere ob dies das Verhalten des Insekts verändert. Löwenzahn, Taraxacum officinale, produziert große Mengen einer zuckerhaltigen Abwehrverbindung in seinen Wurzeln, genannt Taraxinsäure-β-D-glucopyranosylester oder kurz TA-G. TA-G schreckt die Larven des Maikäfers (Melolontha melolontha) – einem Schädling, der auch als Gemeiner Maikäfer bekannt ist – vom Fressen ab. Wenn Maikäferlarven TA-G fressen, wird die Verbindung in ihren Därmen gefunden, jedoch ohne den Zucker. Es ist jedoch unklar, ob die Pflanze oder die Larve den Zucker entfernt und ob die Zuckerentfernung das Verhalten der Maikäferlarven beeinflusst. Mithilfe chemischer Analysen und genetischer Modifikationen untersuchten wir, was passiert, wenn Maikäferlarven TA-G fressen. Wir stellten fest, dass der Säuregehalt im Darm der Larven die Proteine des Löwenzahns hemmen, die normalerweise den Zucker von TA-G abspalten würden. Die Larven entfernen jedoch selbst den. Das Protein, das dies bewirkt, ist ein Enzym, das normalerweise am Abbau von nährstoffreichen Kohlenhydraten beteiligt ist: eine Beta-Glucosidase, ein Enzym, das Zucker abspaltet. Die Entfernung des Zuckers von TA-G hatte zwei scheinbar widersprüchliche Effekte: Einerseits wuchsen die Larven schneller, wenn der Zucker entfernt wurde. Andererseits machte die Zuckerentfernung die Verbindung unangenehm schmeckend, wodurch die Larven nach einer anderen Nahrungsquelle suchten. Viele Organismen, die Pflanzen fressen, einschließlich des Menschen, müssen mit Substanzen wie TA-G umgehen, die in einer inaktiven Form gespeichert und entweder durch Proteine oder spezifische Umgebungsbedingungen aktiviert werden. Dieses Prinzip könnte helfen, Medikamente zu entwickeln, die nur in bestimmten Arten oder Organen oder unter bestimmten Umweltbedingungen aktiviert werden. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse könnten zur Entwicklung neuer Methoden der Schädlingsbekämpfung beitragen oder neue Wege in der Medizin stimulieren, um Medikamente gezielter an den Einsatzort zu bringen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
A beta-glucosidase of an insect herbivore determines both toxicity and deterrence of a dandelion defense metabolite. eLife, 10.
Huber, Meret; Roder, Thomas; Irmisch, Sandra; Riedel, Alexander; Gablenz, Saskia; Fricke, Julia; Rahfeld, Peter; Reichelt, Michael; Paetz, Christian; Liechti, Nicole; Hu, Lingfei; Bont, Zoe; Meng, Ye; Huang, Wei; Robert, Christelle AM; Gershenzon, Jonathan & Erb, Matthias
-
Natural rubber reduces herbivory and alters the microbiome below ground. New Phytologist, 239(4), 1475-1489.
Böttner, Laura; Malacrinò, Antonino; Schulze, Gronover Christian; van Deenen, Nicole; Müller, Boje; Xu, Shuqing; Gershenzon, Jonathan; Prüfer, Dirk & Huber, Meret
