Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der kleine E/Z-Unterschied und seine großen Folgen

01.07.2010
Bildung von Sexuallockstoffen bei Maiszünsler-Rassen erforscht. Der Entstehung neuer Arten auf der Spur.

Mit dem Maisanbau kommen auch dessen Schädlinge wieder auf die Felder. Gefürchtet ist der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis), der in Form zweier Rassen vorkommt, die als E und Z bezeichnet werden. Zwischen beiden Rassen findet so gut wie keine Paarung mehr statt - der Grund dafür ist ein kleiner chemischer Unterschied der jeweiligen weiblichen Sexuallockstoffe. Wissenschaftler aus Schweden und dem Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena, haben die Biosynthese der Lockstoffe analysiert. Sie fanden heraus, dass Mutationen in einem als Fettsäure-Reduktase bezeichneten Enzym zur Aufspaltung in die beiden Rassen führen. Solche Veränderungen begründen typischerweise die Entstehung neuer Arten. Forschung an Sexuallockstoffen dient auch dem Pflanzenschutz: Mit der "Verwirrmethode", bei der Lockstoffe im Feld gleichmäßig versprüht werden, wird erreicht, dass Männchen und Weibchen nicht zueinander finden, was die Anzahl pflanzenschädigender Nachkommen deutlich verringert. (Nature, Online-Vorabveröffentlichung, 30. Juni 2010)


Zünsler-Raupe auf einem Maiskolben
Bild: Julius-Kühn-Institut / Bernd Hommel

Der Maiszünsler wird weltweit durch Insektizide, Gentechnik oder biologische Maßnahmen bekämpft. Die Motte mit dem wissenschaftlichen Namen Ostrinia nubilalis stammt aus Europa und wurde Anfang letzten Jahrhunderts nach Nordamerika verschleppt, wo sie den Namen European Corn Borer erhalten hat. Es gibt zwei Rassen von Maiszünslern, E und Z. Nur Z attackiert Maispflanzen, die E-Rasse spezialisiert sich beispielsweise auf Beifußgewächse. Der E/Z Unterschied basiert auf der Chemie des Maiszünsler-typischen Sexuallockstoffs 11-Tetradecenylacetat, der eine ungesättigte Fettsäure enthält. 11-Tetradecenylacetat kommt in zwei Formen vor, die mit Z (cis) oder E (trans) bezeichnet werden. Dies ist zwar nur ein kleiner Unterschied, der sich aufgrund struktureller Vorgaben des organischen Moleküls ergibt. Für die Biologie des Maiszünslers jedoch hat dieser kleine Unterschied große Folgen, denn die Art hat sich mittels der E- und Z-Form des 11-Tetradecenylacetats in zwei Rassen aufgeteilt, innerhalb derer die Weibchen entweder durch Aussenden der E- bzw. der Z-Form ihre Männchen anlocken.

In der Natur findet kaum Kreuzung zwischen beiden Rassen statt

Erste Untersuchungen an Maiszünsler-Weibchen hatten ergeben, dass in ihren Pheromondrüsen das E- und Z-Isomer nicht in gleichen Mengen vorlag: Ein Teil der Weibchen gibt 11-Tetradecenylacetat im Verhältnis E 98 : Z 2 ab, der andere Teil hingegen im Verhältnis 3 : 97. Und interessanterweise sind Männchen dazu in der Lage, diesen Unterschied zu riechen: E-Männchen "fliegen" nur auf E-Weibchen und Z-Männchen nur auf Z-Weibchen, was bedeutet, dass zwischen den beiden Rassen praktisch kein Kreuzen mehr stattfindet. "In der Evolutionsbiologie wird dies als ‚reproduktive Isolationsbarriere‘ bezeichnet, die den Anfang der Entstehung neuer Arten markieren kann", so Jean-Marc Lassance, Erstautor der Studie.

Für den E/Z-Unterschied ist die Evolution einer Fettsäure-Reduktase verantwortlich

"Allerdings sind wir von der Entstehung neuer Arten noch weit entfernt, und dies war ein entscheidender Vorteil für unsere genetischen Analysen", so die Niederländerin Astrid Groot vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, die seit 2001 auf diesem Gebiet forscht. "Wenn man nämlich im Labor auf engstem Raum Männchen und Weibchen aus verschiedenen Rassen einsperrt, so findet Paarung statt und es werden fruchtbare Nachkommen erzeugt. Dies erlaubt klassische genetische Experimente, zum Beispiel Kreuzung und Rückkreuzung." Mithilfe dieser und weiterer moderner Methoden fanden die Wissenschaftler, dass Mutationen in einem Enzym kodierenden Gen die Aufteilung in die Z- oder E-Rasse verantworten. Es handelt sich um eine Reduktase, die aus einer ungesättigten Fettsäure einen Alkohol erzeugt, der nach Acetylierung das Endprodukt 11-Tetradecenylacetat darstellt. Die Aminosäure-Sequenzen der jeweiligen Reduktasen, isoliert aus der E- bzw. Z-Rasse, sind unterschiedlich; dieser Unterschied, so zeigten auch in vitro Experimente, führt dazu, dass in den Pheromondrüsen der Z-Weibchen die Z-Form des Sexuallockstoffes überwiegt, während in den E-Weibchen vorwiegend die E-Form entsteht.

Auslöser der Aufteilung in zwei Rassen unklar

Eine der Grundlagen für die Entstehung der E- und Z-Rasse ist damit seitens der weiblichen Motten geklärt. Aber was hat dazu geführt, dass die Männchen entsprechende Rezeptoren hervorbringen, die die E- und Z-Pheromone nachweislich perfekt unterscheiden können? Schließlich ist die Lockstoff-Wahrnehmung genauso entscheidend wie die Lockstoff-Abgabe, nur beides zusammen führt zur Paarung und Erzeugung von Nachkommen. "Hier können wir nur spekulieren. Unsere Vermutung, dass das Gen für die Erzeugung des Lockstoffes bei Weibchen und das Gen für das geruchsgesteuerte Verhalten der Männchen eng aneinander gekoppelt sind, hat sich zerschlagen: Die Gene liegen sogar auf unterschiedlichen Chromosomen, also weit voneinander entfernt. Wir verstehen weder die Ursache noch wie ein Selektionsdruck auf zwei voneinander unabhängige, nicht gekoppelte Gene zur Bildung von zwei Rassen führen konnte", so der Leiter der Studie Christer Löfstedt von der Universität Lund, Schweden. Die Forscher analysieren jetzt die Männchen mit denselben genetischen Methoden wie bei den Weibchen, um die verhaltenssteuernden Gene zu studieren.

Pheromonfallen und "Verwirrungsmethode"

Sexuallockstoffe werden auch in der Landwirtschaft zum Pflanzenschutz eingesetzt. Sobald ihre chemische Struktur entschlüsselt ist, können sie künstlich in großen Mengen hergestellt und in Pheromonfallen eingesetzt werden, mithilfe derer ge-, oder besser enttäuschte, Männchen buchstäblich aus dem Verkehr gezogen werden. Auf diese Weise wird zum Beispiel der Befallsdruck des Borkenkäfers in Wäldern minimiert. Ein andere Methode ist die "Verwirrung" der Männchen: Künstlich hergestelltes Pheromon wird auf dem Feld gleichmäßig verteilt - mit der Folge, dass die Männchen orientierungslos umherfliegen und Weibchen höchstens zufällig finden. Diese Methode wird beispielsweise im Weinbau zur Bekämpfung des Traubenwicklers erfolgreich eingesetzt. Die beiden Techniken sind aufgrund des Einsatzes der artspezifischen Sexuallockstoffe und weil nur geringe Mengen an Pheromonen eingesetzt werden müssen - die Männchen reagieren bereits auf geringste Konzentrationen in der Luft - besonders umweltverträglich.

Originalveröffentlichung:

Lassance, JM; Groot, AT; Lienard, MA; Antony, B; Borgwardt, C; Andersson, F; Hedenström, E; Heckel, DG; Löfstedt, C
Allelic variation in a fatty-acyl reductase gene causes divergence in moth sex pheromones

Nature, Online-Vorabveröffentlichung, 30. Juni 2010, DOI: 10.1038/nature09058

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Jean-Marc Lassance, Christer Löfstedt, Department of Biology
Lund University, Sweden
Tel.: +46 46 222-9338
E-Mail: christer.lofstedt@ekol.lu.se, jean-marc.lassance@ekol.lu.se
Astrid Groot, David Heckel, Department of Entomology
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
Tel.: +49 3641 57-1501
E-Mail: heckel@ice.mpg.de, agroot@ice.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Mobile Goldfinger
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit