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Pflanzenphysiologie: Gezielter Hilferuf

Pflanzen rufen um Hilfe, wenn sie von gefräßigen Raupen malträtiert werden: Ein Cocktail chemischer Duftstoffe lockt Schlupfwespen - die Feinde der Feinde - gezielt an. Max-Planck-Forscher entdeckten jetzt das Hilferuf-Gen.
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Schon seit einigen Jahren ist von mindestens 15 verschiedenen Pflanzenarten bekannt, dass diese sich bei Insektenfraß durch die Abgabe von Duftstoffen schützen, mit denen sie die Feinde ihrer Feinde anlocken: Sobald die Pflanze von einer Raupe angefressen wird, setzt sie einen Cocktail aus verschiedenen Duftstoffen frei. Die Duftstoffe locken parasitische Wespen an, die ihre Eier in die Raupen ablegen und deren Nachkommen sich dann von der Raupe ernähren. Durch diese "indirekte Verteidigung", die nicht nur in der Luft, sondern auch im Erdboden funktioniert, wird die Pflanze von den Schädlingen befreit.

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Feind der Feinde | Maispflanzen schützen sich, indem sie die Feinde ihrer Feinde anlocken: Auf dem Maisblatt sitzen Raupen (Spodoptera littoralis), die sich von Mais ernähren, sowie eine parasitische Wespe (Cotesia marginiventris), welche die Raupen angreift.
Um nun zu erforschen, wie dieser Mechanismus biochemisch funktioniert – also welche Enzyme und Gene eine Pflanze braucht, um diese Art der Selbstverteidigung auszuführen – haben Christiane Schnee vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena zusammen mit Kollegen von der Schweizer Universität Neuchatel für ihre Versuche Maispflanzen sowie Raupen der Art Spodoptera littoralis (Ägyptischer Baumwollwurm) und parasitische Wespen der Art Cotesia marginiventris gewählt. Die Entschlüsselung des komplexen Duftgemisches, das Maispflanzen bei Befall in die Luft abgeben, ergab bereits erste Hinweise, um welche Art von Enzym es sich handeln müsste.

Aus einer Genbank isolierten die Forscher verschiedene DNA-Abschnitte und analysierten dann deren Genprodukte. Dabei stellte sich nun heraus, dass lediglich ein einziges Gen namens tps10 angeschaltet werden muss, damit der Hilferuf funktioniert. Dieses Gen trägt die Information für das Enzym Terpensynthase (TPS10), das in der Pflanze so genannte Sesquiterpene herstellen kann. Das sind wiederum die Duftstoffe, die Wespen zu den befallenen Maispflanzen locken.

Dass tps10 tatsächlich das gesuchte Gen war, konnten die Forscher mit Hilfe gentechnisch veränderter Pflanzen belegen: In Pflanzen der Art Arabidopsis thaliana brachten sie das Gen zusätzlich ein, sodass diese Pflanzen einen Teil des Maisduftes in Form von neun speziellen Sesquiterpenen in ausreichender Menge herstellten. Mit einem so genannten Olfaktometer, einer Apparatur, in der Riechproben angeboten werden, untersuchten die Forscher dann, ob die duftproduzierenden Pflanzen wirklich die parasitischen Wespen anlocken.

Dazu platzierten die Forscher sowohl duftstoffproduzierende als auch unveränderte Pflanzen in die sechs Arme des Olfaktometers. Als die räuberischen Wespen im Zentralzylinder des Olfaktometers freigesetzt wurden, flogen diese tatsächlich bevorzugt zu jenen Pflanzen, die den Duftstoff produzierten.

Die Forscher machten dabei jedoch noch eine weitere, überraschende Entdeckung: Um richtig zu reagieren, mussten die Wespen das Duftbouquet schon einmal in ihrem Leben wahrgenommen haben und mit dem Duft von Mais ihre Eiablage an der Raupe assoziieren. Denn junge Wespen, die ohne diese Erfahrung in das Olfaktometer gesetzt wurden, verteilten sich gleichmäßig über alle Versuchspflanzen – oder bewegten sich gar nicht.

Die Wissenschaftler hoffen, dass der nur auf einem einzigen Gen beruhende biologische Pflanzenschutz auch in der Landwirtschaft angewendet werden kann.

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