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 Der „TRiC” bei der Aktinfaltung
10.08.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Harte Zeiten in der Savanne? Die Nahrung von Schimpansen ist zäher als bisher gedacht
10.08.2018 | Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

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: Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert.

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und...

Im Focus: The “TRiC” to folding actin

Proteins must be folded correctly to fulfill their molecular functions in cells. Molecular assistants called chaperones help proteins exploit their inbuilt folding potential and reach the correct three-dimensional structure. Researchers at the Max Planck Institute of Biochemistry (MPIB) have demonstrated that actin, the most abundant protein in higher developed cells, does not have the inbuilt potential to fold and instead requires special assistance to fold into its active state. The chaperone TRiC uses a previously undescribed mechanism to perform actin folding. The study was recently published in the journal Cell.

Actin is the most abundant protein in highly developed cells and has diverse functions in processes like cell stabilization, cell division and muscle...

Im Focus: Arctic Ocean 2018 - Forscher untersuchen Wolken und Meereis in der Arktis

"Arctic Ocean 2018": So heißt die diesjährige Forschungsexpedition des schwedischen Eisbrechers ODEN in der Arktis, an der auch ein Wissenschaftler der Universität Leipzig beteiligt ist. Noch bis zum 25. September wollen die etwa 40 Forscher an Bord vor allem das mikrobiologische Leben im Ozean und im Meereis untersuchen und wie es mit der Wolkenbildung in der Arktis zusammenhängt.

Während der Fahrt durch die Arktis, die Ende Juli gestartet ist, sollen im Rahmen der Kampagne MOCCHA 2018 (Microbiology-Ocean-Cloud-Coupling in the Hight...

Im Focus: Lining up surprising behaviors of superconductor with one of the world's strongest magnets

Scientists have discovered that the electrical resistance of a copper-oxide compound depends on the magnetic field in a very unusual way -- a finding that could help direct the search for materials that can perfectly conduct electricity at room temperatur

What happens when really powerful magnets--capable of producing magnetic fields nearly two million times stronger than Earth's--are applied to materials that...

Im Focus: Ein molekularer Schalter bietet neue therapeutische Angriffspunkte gegen Krebs und Diabetes

Sind bestimmte Signalkaskaden im Körper fehlerhaft reguliert, können Krankheiten wie Krebs, Adipositas und Diabetes entstehen. Forscher vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin sowie von der Universität Genf haben nun einen Mechanismus entdeckt, der diese Signalkaskaden entscheidend beeinflusst und damit ein wichtiger Schlüssel zur zukünftigen Entwicklung von Therapien für diese Erkrankungen sein kann. Die Ergebnisse der Studie sind soeben im prestigeträchtigen Fachmagazin „Molecular Cell“ erschienen.

Zellwachstum und -differenzierung, aber auch die Freisetzung und Wirkung von Hormonen wie Insulin hängen wesentlich von Lipiden ab. Lipide sind kleine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

Herausforderung China – Wissenschaftler aus der ganzen Welt diskutieren miteinander auf UW/H-Tagung

03.08.2018 | Veranstaltungen

Pharmazeuten treffen sich zur internationalen Konferenz „BioBarriers 2018“ in Saarbrücken

02.08.2018 | Veranstaltungen

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

BayernCloud - Allgäu wird Modellregion für digitale Dienste im Tourismus

10.08.2018 | Informationstechnologie

Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

10.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Harte Zeiten in der Savanne? Die Nahrung von Schimpansen ist zäher als bisher gedacht

10.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

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