Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bergamoten – Verlockung und Verhängnis für Tabakschwärmer

21.04.2017

Der Tabakschwärmer Manduca sexta ist ein wichtiger Bestäuber des Wilden Tabaks (Nicotiana attenuata). Gleichzeitig schlüpfen aber hungrige Raupen aus den Eiern, die die Motte auf den Blättern ablegt.

Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat jetzt ein Gen im Wilden Tabak Nicotiana attenuata beschrieben, das der Pflanze bei der Lösung dieses Dilemmas hilft. Das Gen NaTPS38 steuert die Bildung von (E)-α-Bergamoten. Während der Nacht bilden die Blüten diesen Duft und sind so für Tabakschwärmermotten besonders attraktiv.


Eine Raubwanze der Gattung Geocoris greift eine frisch geschlüpfte Tabakschwärmerraupe an.

André Kessler / Cornell University


Ein Tabakschwärmer (Manduca sexta) saugt in der Nacht mit seinem Saugrüssel Nektar aus der Blüte des Kojotentabaks Nicotiana attenuata.

Danny Kessler / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Tagsüber aktiviert das gleiche Gen die Bildung von (E)-α-Bergamoten in den Blättern, das diesmal allerdings Raubwanzen anlockt, die gerne die Raupen und Eier des Tabakschwärmers verspeisen. (Current Biology, April 20, 2017, DOI: 10.1016/j.cub.2017.03.017)

Blütenpflanzen sind auf Pollenüberträger angewiesen, um sich fortzupflanzen. Was aber tut eine Pflanze, wenn die von süßem Blütenduft angelockten Bestäuber ihre Eier auf der Pflanze ablegen und aus diesen dann gefräßige Raupen schlüpfen?

Wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie jetzt herausfanden, trägt das Gen NaTPS38 im Kojotentabak Nicotiana attenuata maßgeblich dazu bei, dieses Dilemma zu lösen. NaTPS38 reguliert die Bildung einer aromatischen Verbindung, des Sesquiterpens (E)-α-Bergamoten, sowohl in den Blüten als auch in den Blättern.

„Wir konnten beobachten, dass die Blüten des wilden Tabaks Nicotiana attenuata während der Nacht (E)-α-Bergamoten abgeben, um mit diesem Duft Tabakschwärmer-Motten zum Verweilen an den Blüten zu bewegen und erfolgreich bestäubt zu werden. Tagsüber lockt die Emission derselben Verbindung durch angefressene Tabakblätter Raubwanzen an, die sich von den kleinen Tabakschwärmer-Raupen ernähren.

Der Duft ist also nicht nur für Bestäuber attraktiv, er dient auch der indirekten Verteidigung“, fasst Erstautor Wenwu Zhou zusammen. Auf diese Weise sorgt die gewebespezifische Bildung eines bestimmten Duftstoffs dafür, dass die Tabakpflanze aus ihrer Abhängigkeit vom Tabakschwärmer das Beste macht.

An der Studie waren Forscher aus vier verschiedenen Arbeitsgruppen beteiligt. Ursprünglich wollten Wenwu Zhou und Projektleiter Shuqing Xu aus der Abteilung Molekulare Ökologie die genetischen Grundlagen der (E)-α-Bergamoten-Emission nach Herbivorenbefall untersuchen. Sie fanden dabei heraus, dass die Terpensynthase NaTPS38 bei Insektenbefall aktiviert wird. Forscher aus der Abteilung Biochemie konnten nachweisen, dass NaTPS38 tatsächlich die Bildung von (E)-α-Bergamoten steuert.

Bei der Untersuchung der Genausprägung in den unterschiedlichen Pflanzenteilen, entdeckten die Wissenschaftler überraschenderweise, dass NaTPS38 auch in den Blüten stark ausgeprägt war, wobei die ökologische Funktion von (E)-α-Bergamoten im Blütenduft zunächst Rätsel aufgab. Die Tatsache, dass der Duft überwiegend nachts abgegeben wird, wies allerdings darauf hin, dass er den nachtaktiven Tabakschwärmern gelten könnte, die die Blüten bestäuben.

Weitere Untersuchungen in der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie zeigten, dass gereinigtes (E)-α-Bergamoten auf der Spitze des Saugrüssels von Tabakschwärmern Geruchsrezeptoren aktiviert. Zeltexperimente mit Tabakpflanzen und Tabakschwärmern erbrachten schließlich den Nachweis, dass die Bestäubung der Blüten besonders erfolgreich war, wenn sie hohe Mengen an (E)-α-Bergamoten emittierten.

Obwohl NaTPS38 eher einer Monoterpen-Synthase ähnelt, ist es für die Bildung von (E)-α-Bergamoten verantwortlich, das zur Substanzklasse der Sesquiterpene gehört. Da für deren Bildung normalerweise sogenannte Sesquiterpen-Synthasen zuständig sind, tanzt das Gen daher aus der Reihe.

Bei der Analyse der evolutionären Geschichte von NaTPS38 stellten die Wissenschaftler fest, dass es das Resultat der Verdopplung einer Monoterpen-Synthase ist, das anschließend die Fähigkeit entwickelt hat, das Sesquiterpen (E)-α-Bergamoten zu bilden. Dieser einzigartige evolutionäre Prozess fand vor der Auseinanderentwicklung der verschiedenen Arten von Nachtschattengewächsen statt, zu denen auch der Tabak gehört.

Die Tatsache, dass ein einzelnes Gen in Nicotiana attenuata über eine gewebespezifische Duftstoffproduktion sowohl Bestäubung als auch Verteidigung vermittelt, ist ein Beispiel für ein Phänomen, das ökologische Pleiotropie genannt wird.

„Es häufen sich Hinweise, dass ökologische Pleiotropie in Pflanzen sehr häufig vorkommt. Unsere Arbeit zeigt, dass Wechselwirkungen zwischen einzelnen ökologischen Faktoren, wie beispielsweise Bestäubern und Fraßfeinden, wichtig für die Evolution von Pflanzen sind. Dennoch wissen wir bislang viel zu wenig darüber, wie sich diese Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Umwelteinflüssen auf die Anpassung von Pflanzen an ihre Umgebung auswirken“, erläutert Shuqing Xu. Die Wissenschaftler entwickeln daher jetzt einen neuen Forschungsansatz, der diese Fragen systematisch untersuchen soll. [AO/KG/HR]

Originalveröffentlichung:
Zhou, W., Kügler A., McGale, E., Haverkamp, A., Knaden, M., Guo, H., Beran, F., Yon, F., Li, R., Lackus, N., Köllner, T. G., Bing, J., Schuman, M. C., Hansson, B. S., Kessler, D., Baldwin, I. T., Xu, S. (2017). Tissue-specific emission of (E)-α-bergamotene helps resolve the dilemma when pollinators are also herbivores. Current Biology. Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2017.03.017
http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(17)30286-5

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

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

Download von hochaufgelösten Fotos über http://www.ice.mpg.de/ext/downloads2017.html

Weitere Informationen:

http://www.ice.mpg.de/ext/index.php?id=1370 Pressemeldung auf der Homepage des MPI für chemische Ökologie

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt
19.04.2017 | Forschungszentrum Jülich GmbH

nachricht Speiseröhrenkrebs einfacher erkennen
06.03.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen