Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flexible chemische Abwehr bei Blattkäfern

27.09.2004


Larve des Blattkäfers Chrysomela populi auf einem Pappelblatt. Deutlich erkennbar sind die leicht trüben Flüssigkeitstropfen, die von dem Käfer nach einer Reizung durch Muskelkontraktion aus dem Reservoir des Wehrsystems hervorgepresst werden. Bild: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie


Selektive Transportsysteme ermöglichen es Blattkäfern, Stoffwechselprodukte ihrer Wirtspflanzen für die Produktion eigener Giftstoffe zu nutzen, berichten Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie


Viele Insekten nutzen Gifte oder Giftvorstufen von Nahrungspflanzen für ihre eigene Abwehr gegen Fraßfeinde. So selektieren Larven von Blattkäfern aus ihrer Nahrung an Zucker (glykosidisch) gebundene Vorstufen, die sie dann in speziellen Wehrdrüsen zu toxischen Verbindungen (Salicylaldehyd, Iridoide) umwandeln. Bei Gefahr lässt das Insekt aus seinen paarigen Dorsaldrüsen das giftige Sekret hervortreten und schreckt Angreifer damit ab. Ist die Gefahr vorüber, werden die kostbaren "Tropfen" wieder in das Reservoir der Wehrdrüse zurückgezogen.

Doch auf welche Weise nehmen Insekten die pflanzlichen Stoffwechselprodukte selektiv auf? Durch systematische Analyse dieses Importprozesses bei Blattkäferlarven haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena und der Freien Universität Brüssel jetzt erstmals nachgewiesen, dass Blattkäfer über verschiedene, auf die jeweilige Pflanze optimierte Transportsysteme verfügen, die sich bei einem Wirtswechsel schnell anpassen können (PNAS, 21. September 2004).


Dazu hatten die Forscher Blattkäferarten untersucht, die ihre Toxine entweder überwiegend selbst produzieren (Monoterpene, Iridoide) oder diese obligat aus pflanzlichen Vorstufen gewinnen (s. Abbildung 2). Die de novo-Biosynthese der Iridoide in Hydrothassa marginella und Phratora laticollis erfordert als frühe Vorstufe ein Glucosid des 8-Hydroxygeraniols, während der Salicylaldehyd der obligaten Sequestrierer Chrysomela populi (lebt auf Pappel) und Phratora vitellinae (Weide) aus dem Salicin ihrer Nahrungspflanzen gebildet wird.

Bietet man nun Larven dieser Vertreter Blätter zum Fraß an, die zuvor mit hydrolysestabilen S-Analoga der natürlichen Vorstufen imprägniert wurden, lässt sich ein schneller und effektiver Transport dieser Verbindungen vom Darm in die Hämolymphe (Leibeshöhlenflüssigkeit) und von dort in das Abwehrsekret nachweisen. Entscheidend für den Erfolg der Untersuchung war die Verwendung von Thioglucosiden, da diese weder im Darm noch in der Wehrdrüse durch dort vorhandene Glucosidasen gespalten werden können. Folglich mussten die polaren S-Glucoside als intakte Moleküle die Darmmembran und die Membran der Wehrdrüse passiert haben. Dabei können die Iridoidproduzenten nur das S-Glucosid ihrer terpenoiden Vorstufe aufnehmen, während die Sequestrierer ausschließlich das S-Analogon des Salicins importieren.

Wird die Glucose durch Galaktose ersetzt, findet ebenfalls keine nennenswerte Aufnahme statt; dies unterstreicht die Rolle des Zuckers als Kennelement für das Transportsystem. Wichtig ist ferner die Position (o-, m- oder p-Position) des CH2-OH-Substituenten am aromatischen Ring. Da auch die Hydroxygruppen der Aglyca, der an den Zucker gebundenen niedermolekularen Komponenten, für den Transport entscheidend sind, kann man davon ausgehen, dass die pflanzlichen Glucoside durch hochpräzise Transportproteine, die ein Netzwerk von Wasserstoffbrücken zum Substrat ausbilden, durch den Darm und die Membran der Wehrdrüse geschleust werden. Dabei wird zwischen Hämolymphe und Wehrdrüse eine Anreicherung von mehr als dem 500fachen erreicht.

Als "Filter" für die Sekundärmetaboliten beeinflussen die Transportsysteme der Blattkäferlarven auch die Evolution ihrer Wehrchemie. Werden die Käfer zum Beispiel durch übermäßigen Parasitendruck zum Wechsel ihrer Wirtspflanze gezwungen, kann das existierende Transportsystem nur innerhalb gewisser Toleranzen Glucoside des neuen Wirts importieren. Doch durch nachfolgende Adaptierung und Optimierung der enzymatischen Prozesse mit Rückwirkung auf das Importsystem entstehen schließlich neue chemische Varianten des ursprünglichen Systems.

Eine solche doppelte Verteidigungsstrategie erhöht die Erfolgsrate beim Wechsel der Wirtspflanze, denn die Chance einen neuen Wirt zu finden, der wiederum Stoffwechselprodukte liefern kann, aus denen eine neue Verteidigungsstrategie entwickelt werden kann, ist höher, wenn die molekularen Transportmechanismen der Insekten nicht auf eine chemische Verbindung allein begrenzt sind. Das Nebeneinander von de novo-Biosynthese und Sequestration bei einer Gruppe von Blattkäferarten ist Beispiel für eine solche Situation, aus der heraus neue Arten der chemischen Verteidigung entstehen können, einschließlich der Übergang zu einer obligaten Aufnahme von pflanzlichen Vorstufen. Von daher erscheint die chemische Verteidigung der Blattkäfer entgegen dem ersten Anschein nicht durch vererbte biochemische Mechanismen eingeengt, sondern evolutionär gesehen durchaus flexibel.

Das Projekt wurde unterstützt durch die Max-Planck-Gesellschaft sowie den Belgian Fund for Joint Basic Research.

Originalveröffentlichung:

Jürgen Kuhn, Eva M. Pettersson, Birte K. Feld, Antje Burse Arnaud Termonia, Jacques M. Pasteels, and Wilhelm Boland
Selective transport systems mediate sequestration of plant glucosides in leaf beetles: A molecular basis for adaptation and evolution
PNAS, September 21, 2004, vol. 101, no. 38

Dr. Andreas Trepte | idw
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2004/pressemitteilung200409271/
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Blattkäfern Insekt Transportsystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten