Prägung der pflanzlichen Verteidigung gegen Pieris brassicae

• Antragsteller: Professor Mitja Remus-Emsermann, Ph.D., seit 3/2023
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502563004

Eiablagen von Pieris brassicae auf Brassicaceae können als „Warnsignal“ dienen und die pflanzliche Verteidigung gegen schlüpfende Larven prägen und optimieren. Dieses Projekt hat zum Ziel, tiefere Einblicke in die molekularen Mechanismen und ökologischen Effekte der Prägung von Verteidigung gegen Herbivore zu gewinnen. Dabei wird auf Prägung von Brassicaceae durch Insekteneiablagen und durch vorherigen Larvalfraß fokussiert.Unsere Studien zeigten, dass Arabidopsis thaliana sich besser gegen P. brassicae Larven verteidigt, wenn die Pflanzen vorher mit Eiern belegt waren. Die Larven entwickeln sich an zuvor eierbelegten Pflanzen schlechter. Zusätzlich profitieren die Pflanzen von der Prägung, denn nach Erholung vom Larvenfraß und Nachwachsen produzieren sie mehr Samen. Dieser Prägungseffekt basiert auf erhöhten Fraß-induzierten Gehalten an Phytohormonen (z. B. Salizylsäure, Jasmonsäure-Isoleucin), Flavonoiden und auf verstärkter Expression von Genen, wie z.B. PATHOGENESIS-RELATED 5. Die Reaktion auf Eiablagen scheint eine intensivierte und beschleunigte Aktivierung der Verteidigung zu bewirken. Der Prägungseffekt ist abhängig von der Dauer des Eiablagestimulus auf dem Blatt und vom ontogenetischen Zustand der Pflanze.In diesem Projekt sollen drei Hauptfragen und Ziele adressiert werden:1) (Wie) beeinflusst die Langlebigkeit der Pflanze ihre Prägbarkeit? Die Frage basiert auf Befunden, die zeigen, dass die Verteidigung einiger annueller Brassicaceae gegen P. brassicae Larven durch Eiablagen prägbar ist. Dagegen ist die Verteidigung der biannuellen A. lyrata nicht durch Eiablagen prägbar, während die Verteidigung der multi-annuellen Brassica oleracea wiederum durch Eiablagen geprägt werden kann. ZIEL ist herauszufinden, ob (wie) Pflanzenlanglebigkeit auf das Prägungsvermögen von Brassicaceae Einfluss nimmt. Dazu soll die Prägbarkeit durch Eiablagen bei ein- und mehrjährigen Brassicaceae bei vergleichbaren Bedingungen untersucht werden.2) Da die transkriptionelle pflanzliche Reaktion auf Insekteneier der Reaktion auf Larvenfraß ähnelt, stellt sich die Frage, ob auch Larvenfraß als Prägungsstimulus die Verteidigung gegen Herbivorie in ähnlicher Weise vorbereitet wie die Eiablagen. ZIEL ist herauszufinden, ob verschiedene Stimuli, wie Eiablage und Larvenfraß, eine ähnliche "Alarm"-Reaktion auslösen. Wir wollen die Prägungsmechanismen durch Larvenfraß mit denen durch Eiablage in diversen ein- und mehrjährigen Brassicaceae vergleichen.3) Die Entwicklungsdauer der P. brassicae Eier bis zum Larvenschlupf ist u.a. temperaturabhängig. Es stellt sich die Frage, inwiefern Temperaturveränderungen die Kinetik der Eiablage-vermittelten Prägungsantwort der Pflanze verändern. Wir wollen die Prägbarkeit der Pflanzen durch Eiablagen unter natürlich vorkommenden Temperaturveränderungen in annuellen und multi-annuellen Brassicaceae untersuchen. ZIEL ist zu zeigen, wie robust der Prägungseffekt bei Temperaturveränderungen ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Vivien Lortzing, bis 2/2023