Kosten und Nutzen der chemischen Verteidigung eines herbivoren Insekts

• Antragstellerin: Dr. Franziska Beran
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501638262

Viele pflanzenfressende Insekten schützen sich vor ihren Fraßfeinden, indem sie chemische Abwehrstoffe ihrer Nahrungspflanzen im eigenen Körper anreichern. Diese Anreicherung giftiger Substanzen im Insekt verursacht allerdings auch physiologische Kosten, ein Phänomen welches bislang kaum untersucht ist. In diesem Projekt sollen Kosten und Nutzen dieser Verteidigungsstrategie charakterisiert werden, wobei der Meerrettich-Erdfloh (Phyllotreta armoraciae) als Modell dient. Die Wirtspflanzen dieses Käfers enthalten Senfölglucoside als charakteristische Abwehrstoffe, welche bei Insektenfraß von dem pflanzlichen Enzym Myrosinase zu giftigen Senfölen abgebaut werden um diese abzuschrecken. Meerrettich-Erdflöhe können diesen Abbau während des Fressens zumindest teilweise verhindern und reichern hohe Mengen dieser Substanzen in ihrem Körper an. Die gespeicherten Senfölglucoside können wiederum mittels käfer-eigener Myrosinasen in giftige Senföle umgewandelt werden. Genetische Untersuchungen haben ergeben, dass die Anzahl der im Genom kodierten Myrosinasegene und damit die Myrosinasektivität zwischen Individuen variiert, wobei die Konsequenzen dieser genetischen Variabilität für die individuelle Fitness (= Kosten) und die Resistenz gegenüber Antagonisten (= Nutzen) unbekannt sind. Um diese Wissenslücke zu füllen werden wir in unserer etablierten Laborpopulation die verschiedenen Myrosinasegene einzeln und in Kombination mittels CRISPR/Cas9 ausschalten und anschließend die Fitness und Resistenz der verschiedenen Knock-out Mutanten mit denen des Wildtyps vergleichen. Zusätzlich werden wir im Labor gezüchtete Käfer-Linien untersuchen, welche sich hinsichtlich der Anzahl der kodierten Myrosinasegene und Myrosinaseaktivität voneinander unterscheiden. Konkret werden wir die Performance, Entwicklungsdauer und Reproduktionsraten der verschiedenen Käfer-Genotypen miteinander vergleichen, sowie deren Resistenz gegenüber entomopathogenen Pilzen und entomopathogenen Nematoden evaluieren. Zusätzlich zur Charakterisierung der Laborpopulationen unter kontrollierten Bedingungen soll die chemische Verteidigung von natürlichen Käferpopulationen untersucht werden. Im Fokus steht dabei die Frage welchen Einfluss die Kopienzahlvariation der Myrosinasegene auf die chemische Verteidigung in natürlichen Käferpopulationen hat und wie diese die Interaktion mit Antagonisten beeinflusst. Mit dieser Arbeit wollen wir dazu beitragen die ökologische Bedeutung von genetischer Variabilität in natürlichen Populationen besser zu verstehen. Darüber hinaus können die erhaltenen Erkenntnisse für die Entwicklung von nachhaltigen Bekämpfungsstrategien gegen Kohl-Erdflöhe mittels entomopathogener Pilze und entomopathogener Nematoden genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen