Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Teufelszwirn: Schmarotzer und dennoch Alarmüberträger bei Insektenbefall

25.07.2017

Ein Team von Wissenschaftlern des Kunming Instituts für Botanik in China und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena hat entdeckt, dass parasitische Pflanzen der Gattung Cuscuta (Teufelszwirn) ihren Wirtspflanzen nicht nur Nährstoffe entziehen, sondern bei Insektenbefall auch wichtige Nachrichtenüberträger zwischen benachbarten Pflanzen sind. Der Teufelszwirn verbindet verschiedene Pflanzen über sein parasitisches Netzwerk. Wird eine vom Teufelszwirn bewachsene Pflanze von Insekten attackiert, werden auch in nicht-befallenen Nachbarpflanzen Verteidigungsgene aktiviert, die diese Pflanzen warnen und somit resistenter gegen ihre Fressfeinde machen.

Pflanzen der Gattung Cuscuta haben vielsagende Trivialnamen, wie Hexenseide oder Teufelszwirn. Sie sind sogenannte Vollschmarotzer, wachsen also ohne Bodenkontakt auf ihren Wirtspflanzen, mit denen sie sich über Saugorgane verbinden und ihnen alle notwendigen Nährstoffe entziehen. Dabei befällt ein Teufelszwirn mehrere Pflanzen gleichzeitig und verbindet sie netzartig miteinander.


Der Parasit Cuscuta australis (Südliche Seide) verbindet zwei Sojapflanzen. Über das Geflecht der Schmarotzerpflanze werden auch Informationen zum Schädlingsbefall ausgetauscht.

Jingxiong Zhang, Kunming Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften


In der Natur umschlingt das Geflecht des Teufelszwirns verschiedenste Pflanzenarten.

Jingxiong Zhang, Kunming Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Wissenschaftler um Jianqiang Wu vom Kunming Institut für Botanik in China und Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben jetzt die ökologische Bedeutung des Teufelszwirns genauer unter die Lupe genommen. Sie wollten wissen, ob der Teufelszwirn nicht nur das pflanzliche Versorgungssystem anzapft, sondern auch in die Kommunikation zwischen verschiedenen Pflanzen eingebunden ist.

„Wir wissen, dass Pflanzen über gasförmige Substanzen und unterirdische Pilznetzwerke miteinander kommunizieren können. Daher fragten wir uns, ob der Teufelszwirn bei Insektenbefall entsprechende Signale von Pflanze zu Pflanze überträgt, und wenn ja, ob diese Signale Verteidigungsbereitschaft vermitteln“, erläutert Jianqiang Wu, der am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie als Doktorand und anschließend Arbeitsgruppenleiter arbeitete und in China nun eine Max-Planck-Partnergruppe leitet.

In der Landwirtschaft ist der Teufelszwirn als Schädling in der Futtermittelproduktion bekannt, denn er verursacht bedeutende wirtschaftliche Schäden beim Anbau von Luzerne und Klee. In China ist der parasitische Teufelszwirn für große Ernteeinbußen beim Anbau von Sojabohnen verantwortlich.

Entsprechend nutzten die Forscher für Ihre Experimente Sojabohne; aber auch Ackerschmalwand, Tabak und wilde Tomate wurden paarweise oder in Gruppen über den Teufelszwirn verbunden. Für das Auslösen von Abwehrreaktionen wurden Raupen des weltweit verbreiteten Pflanzenschädlings Spodoptera litura auf eine der Pflanzen gesetzt.

Durch die Analyse des Transkriptoms, also aller aktiven Gene in den Blättern der über den Teufelszwirn verbundenen Pflanzen mittels Sequenzierung („Gesamt-Transkriptom-Shotgun-Sequenzierung), konnten die Forscher zeigen dass von Insekten befallene Pflanzen Signale über Teufelszwirn-Brücken an ihre Nachbarpflanzen weiterleiten.

„Die Signalübertragung wurde offenkundig, da wir große Veränderungen im Transkriptom lokal befallener Blätter, aber auch nicht-befallener Blätter derselben Pflanze sowie von Blättern benachbarter Pflanzen ohne Befall beobachten konnten“, erklärt Erst-Autor Christian Hettenhausen, früher ebenfalls Mitarbeiter am Max-Planck-Institut in Jena.

„Die Vermittlung von Verteidigungsbereitschaft über das Teufelszwirngeflecht hängt maßgeblich vom Pflanzenhormon Jasmonsäure ab. Wir konnten höhere Konzentration von Abwehrsubstanzen in kurzer Zeit über mehrere miteinander verbundene Pflanzen hinweg, sogar über größere Entfernungen nachweisen“, erklärt Jianqiang Wu die weiteren Ergebnisse. Die Übertragung der Warnsignale erfolgt sogar zwischen verschiedenen Pflanzenarten.

Die Forscher wollen die Signalübertragung zwischen Pflanzen mittels Parasitenbrücke nun weiter erforschen. Da in der vorliegenden Arbeit blätterfressende Raupen als Schädlinge eingesetzt wurden, möchten die Wissenschaftler untersuchen, ob stechende und saugende Insekten wie beispielsweise Blattläuse ein anderes Repertoire an Verteidigungssignalen auslösen, und wie diese wiederum vom Teufelszwirn übertragen werden.

Außerdem möchten sie herausfinden, welche Substanzen für die Signalübertragung über den Teufelszwirn verantwortlich sind. Ian Baldwin fasst zusammen: „Ökologische Wechselbeziehungen in der Natur sind äußerst vielschichtig. So stiehlt ein Schmarotzer seinem Wirt wertvolle Nährstoffe, agiert aber auch als wichtiges Bindeglied, um Nachbarn zu warnen. Ob diese Warnung nur uneigennützig ist, müssen weitere Studien klären.“ [AO/KG]

Originalveröffentlichung: Christian Hettenhausen, C., Li, J., Zhuang, H., Sun, H., Xu, Y., Qi, J., Zhang, J., Lei, Y., Qin, Y., Sun, G., Wang, L., Baldwin, I.T., Wu, J. (2017). The stem parasitic plant Cuscuta australis (dodder) transfers herbivory-induced signals among plants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. doi:10.1073/pnas.1704536114
http://www.pnas.org/content/early/2017/07/20/1704536114.full

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Ian Baldwin, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07743 Jena, +49 3641 57-1122, E-Mail baldwin@ice.mpg.de

Prof. Dr. Jianqiang Wu, Department of Economic Plants and Biotechnology, Yunnan Key Laboratory for Wild Plant Resources, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201, China, +86 871 65229562, E-Mail wujianqiang@mail.kib.ac.cn

Kontakt und Bildanfragen:
Angela Overmeyer M.A., Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07743 Jena, +49 3641 57-2110, E-Mail overmeyer@ice.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.ice.mpg.de/ext/downloads2017.html

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics