Adaptation der Plutellidae an ihre Wirtspflanzen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Heiko Vogel; Professorin Dr. Ute Wittstock
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445973325

Obwohl pflanzenfressende Insekten und ihre Wirte einen Großteil der terrestrischen Biodiversität bestimmen, werden die Faktoren, die Wirtspflanzenspezifität und Wirtspflanzenspektrum bedingen, nur unzureichend verstanden. Biochemische Anpassungsmechanismen, mit denen Larven die chemische Verteidigung ihrer Wirtspflanzen neutralisieren, stellen einen wichtigen Faktor für die Besiedlung von Pflanzen durch herbivore Insekten dar. Die Kohlmotte, Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae), nutzt ein breites Spektrum von Pflanzen der Brassicaceae und nahverwandter Familien als Wirte, die sich durch das hochdiverse Glucosinolat-Myrosinase-System gegen Fraßfeinde verteidigen. In früheren Arbeiten haben wir gezeigt, dass Glucosinolat-Sulfatase (GSS)-Aktivität im Darm der Larven von P. xylostella essentiell für die Anpassung dieses Insekts an seine Wirtspflanzen ist. Die drei GSS-Gene des Insekts werden abhängig von den Glucosinolaten der Wirtspflanze differentiell exprimiert und kodieren für Enzyme mit unterschiedlichem Substratspektrum. Da das Glucosinolat-Myrosinase-System bereits sehr gut untersucht ist und sowohl die GSS-Gene als auch die von ihnen kodierten Genprodukte für weiterführende genetische und biochemische Untersuchungen gut zugänglich sind, bietet die Interaktion zwischen Plutellidae und ihren Wirtspflanzen eine ausgezeichnete Möglichkeit, die funktionellen, ökologischen und evolutiven Grundlagen der Wirtspflanzenadaptation in Insekten zu erforschen. Ziel dieses Projektes ist es, ein besseres Verständnis der dynamischen Veränderungen der Funktion von GSS im Verlauf der Evolution zu erlangen. Dazu werden wir die biochemischen Eigenschaften der GSS-Enzyme eines breiten Spektrums von Plutellidae mit unterschiedlicher Wirtspflanzenspezialisierung mit dem Glucosinolatspektrum der Wirtspflanzen vergleichen. Wir erwarten, dass Arten mit einem breiten und diversen Wirtspflanzenspektrum über GSS mit breitem Substratspektrum verfügen. Im Gegensatz dazu sollten Arten mit engem Wirtsspektrum und insbesondere monophage Arten GSS-Aktivität gegenüber nur wenigen Glucosinolaten besitzen. Durch die Rekonstruktion anzestraler GSS-Gene und die Charakterisierung rezenter und anzestraler Enzyme werden wir die evolutiven Veränderungen in der Funktion der GSS und, damit einhergehend, die Richtung möglicher Änderungen des Wirtspflanzenspektrums nachvollziehen. Die Ergebnisse des Projektes werden wichtige Fragen zur Interaktionen zwischen Pflanze und Insekt beleuchten: Warum fressen herbivore Insekten bestimmte Pflanzen und andere nicht? Warum haben manche Insekten ein breites und andere ein enges Wirtspflanzenspektrum? Welche Faktoren bestimmen die Wirtspflanzenspezifität und das Wirtspflanzenspektrum?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Jürgen Kroymann