Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Konflikt von pflanzlichen und tierischen Hormonen im Darm herbivorer Insekten?

14.09.2009
Spezifische Glutathion-S-Transferase in Raupen inaktiviert pflanzliches Hormon OPDA

Eine der Inaktivierung von Prostaglandin-Hormonen in Tieren vergleichbare Reaktion wurde jetzt im Darm von zwei pflanzenschädigenden Raupenarten entdeckt. Die Tiere besitzen ein Enzym, welches cis-OPDA, ein hochaktives Pflanzenhormon, strukturell verändert und damit inaktiviert.

Raupen nehmen cis-OPDA durch Blattnahrung in vergleichsweise großen Mengen auf. Wird die Substanz nicht entschärft, kann sie die Entwicklung des Insekts negativ beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen eine enge Verknüpfung von strukturell verwandten pflanzlichen und tierischen Hormonen; pflanzenfressende Raupenarten entwickelten ein enzymatisches Abwehrsystem, das bereits bei der Darmpassage die in der Nahrung vorhandenen hochaktiven Wirkstoffe entschärfen kann. (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Early Edition, 8.9.2009)

Cis-OPDA (12-Oxophytodiensäure) ist ein hochreaktives Pflanzenhormon und dient gleichzeitig als Vorläufermolekül für den metabolischen "Masterswitch" Jasmonsäure. Beide Hormone signalisieren in Blättern und Sprossen von Pflanzen Insektenfrass und lösen zusammen mit anderen Hormonen die Verteidigungsbereitschaft der Pflanze aus. Cis-OPDA führt zudem im Insektendarm zu einer für das Tier negativen Wechselwirkung, wenn es in die Hämolymphe gelangt: Es bewirkt vorzeitige Verpuppung und greift möglicherweise auch in die Immunreaktion der Raupen ein.

Paulina Dabrowska, eine der ersten Doktorandinnen der International Max Planck Research School (IMPRS) in Jena und inzwischen promoviert, untersuchte den Verbleib von Pflanzenhormonen, nachdem diese durch Raupen via Blattnahrung aufgenommen und den Darm passiert haben. Werden Hormone, die bekanntermaßen auf Entwicklung und Stoffwechsel von tierischen und pflanzlichen Lebewesen in geringster Dosis empfindlich eingreifen können, im Insekt abgebaut, umgewandelt, oder gar nicht beeinflusst?

Bei der Untersuchung des Hormons cis-OPDA stellte sich schnell heraus, dass im Insektendarm eine Umwandlung stattgefunden haben muss. Die junge polnische Chemikerin fand, dass dabei ein Enzym im Spiel sein muss: "Zuerst stellten wir fest, dass kein cis-OPDA mehr im Kot der Tiere vorhanden war. Stattdessen zeigten unsere Massenspektrometer iso-OPDA an, das aber nur mithilfe einer Enzymkatalyse entstehen kann". Kontrollexperimente in einem stark alkalischen Milieu, vergleichbar dem des Raupendarms (pH ca. 10), zeigten, dass ohne Katalyse keine cis-iso Umwandlung stattfinden konnte.

Bei der Umwandlung von der cis- zur iso-OPDA wird im Molekül lediglich eine Doppelbindung verschoben, dabei aber die räumliche Struktur des Moleküls drastisch verändert: Aus einem gewinkelten Molekül mit einer reaktiven Doppelbindung (cis-OPDA) wird ein planares Molekül, dessen Doppelbindung nur noch unter forcierten Bedingungen reagieren kann. Eine analoge Reaktion wurde bereits früher für Prostaglandine beschrieben, und zwar beim Übergang vom aktiven Prostaglandin A1 zum inaktiven Prostaglandin B1.

OPDA und Prostaglandine sind strukturell und auch von ihrer Biosynthese her eng verwandte Moleküle. Umwandlungen an diesen Substanzen können von Enzymen katalysiert werden, die beispielsweise Glutathion als Hilfssubstrat verwenden. Paulina Dabrowska und Dalial Freitak, ebenfalls ehemalige Doktorandin der IMPRS, suchten daher im Genom der Baumwolleule nach entsprechenden Genen, die solche Enzyme kodieren, und fanden 16 verschiedene im Darm vorkommende Glutathion-S-Transferasen" (GST's). Nur eine von ihnen katalysierte die Umwandlung vom cis-OPDA zum iso-OPDA. "Dies ist ein deutlicher Hinweis, dass von den 16 GSTs, die die Baumwolleule für viele verschiedene Stoffwechselwege benötigt, diese eine spezielle GST die evolutionäre Anpassung an ihre Wirtspflanzen darstellt", so Prof. Wilhelm Boland, in dessen Abteilung Bioorganische Chemie zusammen mit der Abteilung Entomologie von Prof. David Heckel die Arbeiten durchgeführt wurden.

Die Versuchstiere waren Raupen der Arten Spodoptera littoralis (Baumwollwurm) und Helicoverpa armigera (Baumwolleule), beides gefährliche Schädlinge im weltweiten Baumwollanbau. Das Wirtsspektrum der Schädlinge beschränkt sich allerdings nicht nur auf Baumwolle, sondern auch auf viele andere Pflanzenarten. Die Fähigkeit, cis-OPDA zu inaktivieren, findet sich insbesondere bei solchen "Generalisten", also Raupen mit einem breiten Fraßspektrum, seltener oder gar nicht jedoch bei spezialisierten Raupen [WB/JWK].

Originalveröffentlichung:
Paulina Dabrowska, Dalial Freitak, Heiko Vogel, David G. Heckel, Wilhelm Boland: The phytohormone precursor OPDA is isomerized in the insect gut by a single, specific Glutathione transferase. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Early Edition, 8. 9. 2009. DOI: 10.1073/pnas.0906942106
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Wilhelm Boland, MPI chemische Ökologie, Hans Knöll Str. 8, 07743 Jena, Tel.: 03641 - 57 1200, boland@ice.mpg.de

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie