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Bestäubende Insekten im Dilemma – Duft oder Farbe?

15.04.2011
Biologen der Universitäten Bern und Neuenburg haben zwei Bereiche der DNA identifiziert, welche der Verbreitung von Duft bei Petunien zu Grunde liegen.
Die im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) Plant Survival durchgeführte Studie zeigt zum ersten Mal auf, dass der Duft zur Anlockung von bestäubenden Insekten eine ebenso wichtige Rolle spielt wie die Farbe der Blütenblätter. Diese Resultate sind Gegenstand einer Publikation, die heute in der Wissenschaftszeitschrift Current Biology erschienen ist.

Die Mechanismen der Bestäubung zu verstehen ist sehr wichtig für die Landwirtschaft, denn eine grosse Anzahl Nutzpflanzen ist auf diese Pollenübertragung angewiesen. Petunien begnügen sich nicht damit, Balkone und Gärten zu schmücken – sie haben auch einen besonderen Stellenwert in den Laboratorien für Pflanzenbiologie. Denn diese Blume ist wandelbar: Es existieren mehrere Arten, wovon jede spezielle Merkmale aufweist, was die Morphologie, den Duft oder die Farbe der Blütenblätter betrifft. Aufgrund dieser Eigenschaften locken sie sehr unterschiedliche Gruppen von Bestäubern an. Der interessanteste Aspekt der Petunien ist jedoch, dass sie sich vorzüglich schrittweise kreuzen lassen, was es ermöglicht Hybriden zu erhalten, die das Erscheinungsbild einer gegebenen Sorte aufweisen, zugleich aber mit einer vererbten Charakteristik einer verwandten Sorte versehen sind. Und dies, ohne auf transgene Organismen zurückgreifen zu müssen.

Ulrich Klahre, Post-Doktorand des Berner Teams von Professor Cris Kuhlemeier, hat solche Hybridnachkommen gezüchtet, ausgehend von Petunia axillaris, einer weissblühenden Art, die grosse Mengen süssduftender Benzenoide verströmt und der rotblühenden Petunia exserta, die keinerlei Duft produziert. Der charakteristische Duft von P. axillaris resultiert aus der Eigenschaft von zwei DNA-Bereichen (im Jargon der Genetiker als Quantitative Trait Loci oder QTL bezeichnet), die von Cris Kuhlemeiers Team identifiziert wurden. «Um Pflanzen mit roten, duftenden Blüten zu erhalten, haben wir die Arten P. axillaris und P. exserta miteinander gekreuzt», erklärt Ulrich Klahre. «Die erste Generation von Hybriden, die immer noch duften, haben hellrosa Blüten. Duftende Nachkommen wurden mit dem nichtduftenden Elternteil (hier also P. exserta) zurückgekreuzt und in jeder Generation werden die Hybriden etwas röter. Durch wiederholtes Rückkreuzen erhält man Hybridpflanzen mit roten, duftenden Blüten. Auf vergleichbare Weise, jedoch mit der entsprechenden Umkehrung der Präferenz bei den Parentalgenerationen, konnte man weissblühende Petunien züchten, die nicht duften.»

Um zu bestimmen, wie gross die Anteile von Farbe und Duft für die Attraktivität der Blüten auf die Bestäuber sind, haben die Forschenden des NCCR Plant Survival den Flug von Tabakschwärmern Manduca sexta beobachtet, wenn gleichzeitig verschiedene Petuniensorten im Raum vorhanden waren. In der freien Natur bezieht dieser Falter seine Nahrung von Petunia axillaris.
An der Universität Neuenburg verfügt das Team von Patrick Guerin über einen Flugtunnel, mit dem das Verhalten von Insekten in Bezug auf die Verbreitung eines Duftsignals aufgezeichnet werden kann.Alexandre Gurba, Doktorand des Neuenburger Teams, hat so die Attraktivität der vier Petuniasorten auf die Tabakschwärmer getestet. Die Pflanzen wiesen jeweils folgende Charakteristika auf: weisse Blüten mit Duft (natürliche Art), weisse Blüten ohne Duft (Hybride), rote Blüten ohne Duft (natürliche Art), rote Blüten mit Duft (Hybride).

Im Flugtunnel indessen, wo die Tabakschwärmer die Wahl hatten zwischen zwei Petunien, die zwar beide weiss blühen, eine hingegen duftet, die andere jedoch nicht, zeigten diese Insekten erwartungsgemäss eine deutliche Vorliebe für Pflanzen, die Duft verströmen, oder anders gesagt, für solche Petunien, wie sie in der Natur vorkommen. Doch die Verwirrung der Bestäuber war gross, wenn sie sich vor eine andere, höchst destabilisierende Situation gestellt sahen: Sollten sie entweder auf eine weissblühende Pflanze zufliegen, die entgegen ihrer Erwartung keinen Duft verströmte, oder sollten sie sich von dem wohlbekannten Duft leiten lassen, der allerdings von einer Pflanze mit roten Blüten stammte? «Die Falter folgten zunächst dem Duftstrom, kamen sie aber in die Nähe der Blüten, die nicht die erwartete Farbe zeigten, waren sie verwirrt», kommentiert Alexandre Gurba. «Sie zögerten gleichermassen vor den einen wie vor den anderen Blüten. Nach dieser Phase der Unentschlossenheit zog der grösste Teil der Falter es jedoch vor, sich von den roten und duftenden Blüten zu ernähren.»

Indem in dieser Studie Pflanzengenetik zusammen mit dem Verhalten von Tieren untersucht wurde, konnte zum ersten Mal am Beispiel lebender Organismen aufgezeigt werden, dass die Produktion von Duftstoffen nicht nur dazu dient, die Bestäuber über lange Distanzen hinweg zu denjenigen Pflanzen hinzuführen, welche als Nektarspender in Betracht kommen, sondern dass der Duft auch in nächster Nähe der Blüte für die Falter ebenso wichtig ist wie die Farbe derselben.

Die Arbeit zeigt, dass die Genetik der Düfte erstaunlich einfach ist. In einem sich wandelnden Klima wo Bestäuber verschwinden, können sich Pflanzen vielleicht leichter anpassen als bisher gedacht. Die Studie weist allerdings auch darauf hin, dass die sehr seltene Art Petunia exserta in Ihrem Habitat in Südamerika akut durch Hybridisierung mit dem Unkraut P. axillaris bedroht wird.

Daniela Baumann | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibe.ch
http://www2.unine.ch/nccr/lang/de/14_04_2011

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