Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen passen ihre Abwehr den Schädlingen an

05.10.2012
Pflanzen der gleichen Art passen sich an die lokal vorherrschenden Schädlinge an und bilden die entsprechenden Abwehrstoffe aus.
Die Schädlinge beeinflussen somit die genetische Vielfalt ihrer Wirtspflanzen stark. Dies weisen Ökologen der Universität Zürich in einem mehrere Pflanzengenerationen umfassenden Experiment nach. Die Erkenntnisse könnten dazu genutzt werden, massgeschneidertes Saatgut zu entwickeln, das gegen Schädlinge resistent ist.

Pflanzenfressende Insekten wie Blattläuse beeinträchtigen die einzelne Pflanze in ihrer Entwicklung. Sie sind jedoch wesentlich für die genetische Vielfalt innerhalb der Pflanzenart verantwortlich. Dies konnten die Ökologen Tobias Züst und Lindsay Turnbull von der Universität Zürich zusammen mit Kollegen aus Kalifornien und Grossbritannien anhand der Pflanze Ackerschmalwand nachweisen.

Pflanzenschalen mit einer identischen Mischung verschiedener Genotypen von Arabidopsis thaliana werden parallel unterschiedlichen Blattläusen ausgesetzt. Jede einzelne Plexiglasbox simuliert eine Pflanzenpopulation mit einer bestimmten Zusammensetzung von Blattläusen.

Bild: UZH


Pflanzenpopulationen werden unterschiedlich stark geschädigt. Von links nach rechts: Population ohne Blattläuse, mit Senfblattlaus, Kohlblattlaus, Blattlausmischung, Senfblattlaus, Pfirsichblattlaus

Gemäss Züst wird damit die seit vierzig Jahren gehegte Vermutung, dass Schädlinge die Selektion der von ihnen befallenen Pflanzenarten stark beeinflussen, erstmals experimentell bestätigt. Zudem geben Pflanzen die für sie kostspieligen Abwehrmechanismen innerhalb weniger Generationen auf, falls der Befall durch Schädlinge ausbleibt.

Die Ackerschmalwand ­­– Arabidopsis thaliana ­­– wehrt sich, wie viele andere Pflanzen auch, mit chemischen Abwehrstoffen gegen Schädlinge. Diese entwickelten im Lauf der Evolution allerdings Toleranzen gegenüber gewissen chemischen Komponenten dieser Stoffe. Je nach Häufigkeit einzelner Schädlingsarten bieten demnach unterschiedliche Abwehrstoffe den optimalen Schutz für die Pflanze. Die Forscher untersuchten in einem ersten Schritt die Verbreitung unterschiedlicher chemischer Abwehrstoffe in natürlichen Populationen von Arabidopsis thaliana innerhalb Europas und verglichen diese mit der räumlichen Verbreitung zweier wichtiger Schädlinge, der Kohl- und der Senfblattlaus.

Gebietsspezifische Schädlingspopulationen als evolutionäre Kraft
Die Wissenschaftler weisen nach, dass sich die Abwehrstoffe von Arabidopsis thaliana in Südwesteuropa chemisch von jenen in Nordosteuropa unterscheiden. Dieses Muster korreliert direkt mit der unterschiedlichen Zusammensetzung der Blattlauspopulationen in den beiden geografischen Räumen. In einem zweiten Schritt untersuchten die Forscher experimentell, ob die Schädlinge tatsächlich die Selektion für die unterschiedliche chemotypische Ausprägung der Abwehrstoffe vorantreiben. Zu diesem Zweck setzten sie Arabidopsis thaliana unter streng kontrollierten Bedingungen jeweils den für Nordost- bzw. Südwesteuropa typischen Populationen von Kohl- bzw. Senfblattläusen aus.

Bereits nach fünf Pflanzengenerationen stellte sich die in der Natur beobachtete geographische Prädominanz derselben spezifischen Abwehrstoffe gegen die vorherrschende Blattlausart ein. «Pflanzen der gleichen Art können spezifische Abwehrstoffe gegen die lokal dominanten Schädlinge bilden. Wobei der Bildung dieser Stoffe unterschiedliche Gene zugrunde liegen», fasst Züst zusammen. Schädlingspopulationen sind natürlichen Schwankungen unterworfen. «Der ständig wechselnde Selektionsdruck zwingt die Pflanzenart zur genetischen Vielfalt», so Züst weiter. Diese ist die grundlegende Voraussetzung, damit sich Arten an veränderte klimatische Bedingungen, neu auftretende Schädlingsarten oder Krankheiten anpassen können.

Schneller Verlust innerartlicher Genvielfalt
Nicht alle Abwehrstoffe von Arabidopsis thaliana sind wirksam gegen Blattläuse, weshalb im Experiment mehrere dieser erfolglosen genetischen Varianten bereits nach fünf Pflanzengenerationen verschwanden. Laut Lindsay Turnbull sind Abwehrmechanismen für die Pflanze kostspielig und gehen oft zulasten des Wachstums: «Innerartliche genetische Vielfalt wird nur so lange aufrechterhalten, wie sie der Pflanze einen Nutzen, wie z.B. Schutz vor Schädlingen bringt.» Die innerartliche genetische Vielfalt vieler Pflanzen ist heute durch den vom Menschen ausgeübten Selektionsdruck vielerorts gefährdet. Nutzpflanzen werden unter Preisgabe der natürlichen Abwehrmechanismen auf schnelles Wachstum und maximalen Ertrag hin selektioniert, womit der Einsatz von Pestiziden unumgänglich wird. Die neu gewonnenen Erkenntnisse könnten in Zukunft dazu genutzt werden, massgeschneidertes Saatgut zu entwickeln, das gegen lokal dominant auftretende Schädlinge resistent ist. Auf diese Weise könnte der Einsatz von Pestiziden stark eingeschränkt werden.
Literatur:
Tobias Züst, Christian Heichinger, Ueli Grossniklaus, Richard Harrington, Daniel J. Kliebenstein, Lindsay Turnbull. Natural enemies drive geographic variation in plant defenses. Science. 5 October 2012. doi: 10.1126/science.1226397
Kontakt:
Dr Tobias Züst
Department of Ecology and Evolutionary Biology
Cornell University
Tel. +1 607 319 99 05
E-Mail: tobias.zuest@cornell.edu
Dr. Lindsay Turnbull
Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften
Universität Zürich
Tel. +41 44 635 61 20
E-Mail: lindsay.turnbull@ieu.uzh.ch

Nathalie Huber | Universität Zürich
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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