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Ein Toxin als Wegweiser zur Nahrung

Pressemitteilung vom 16. November 2011

Der Maiswurzelbohrer verursacht grosse Schäden in Maiskulturen. Worauf beruht die ausgeprägte Gefrässigkeit dieses Schadinsekts? Biologen an der Universität Neuenburg haben dafür im Rahmen eines vom NCCR Plant Survival unterstützen internationalen Forschungsprojekts eine erste Erklärung gefunden: Die Larven dieses Blattkäfers zweckentfremden die natürlichen Abwehrmechanismen von Maispflanzen. Sie nutzen das Gift, das eigentlich zu ihrer Abschreckung dienen sollte, zu ihren Gunsten, und können so die Pflanzenteile mit den meisten Nährstoffen finden. Dieses in der renommierten Fachzeitschrift Ecology Letters publizierte Ergebnis eröffnet neue Perspektiven zur Bekämpfung des Maiswurzelbohrers.
 
In den Vereinigten Staaten belaufen sich die durch den Maiswurzelbohrer verursachten Kosten auf über einer Milliarde Dollar pro Jahr. Es wird befürchtet, dass in Zukunft zu dieser Summe jährlich eine halbe Milliarde Euro auf dem europäischen Kontinent hinzugerechnet werden muss, da sich der Maiswurzelbohrer auch hier zu etablieren droht. In Zusammenarbeit mit sechs anderen Forschergruppen, verteilt über die ganze Welt, haben die Forscher in Neuchâtel eine Erklärung für das gefrässige Verhalten des Maiswurzelbohrers gefunden.
 
«Pflanzen verteidigen zuerst die für sie am wichtigsten Gewebe», erläutert Christelle Robert, Doktorandin am Labor FARCE, das von Ted Turlings geleitet wird. «Dies sind die Organe, in denen auch am meisten Nährstoffen vorhanden sind, auf welche es die Herbivoren abgesehen haben. Logischerweise produzieren Pflanzen die höchsten Konzentrationen an Toxinen in diesen Organen, damit Schädlinge, die sich davon ernähren, entweder abgewehrt oder vergiftet werden.»
 
Die Adventivwurzeln von Mais, die im Erdreich eine Krone bilden und wichtig sind für den Ertrag der Pflanzen, sind ein Beispiel für den engen Bezug zwischen Nährstoffen und Toxinen. «Im Verhältnis zu Primär- und Sekundärwurzeln ist der Gehalt an Saccharose in den Adventivwurzeln viel höher – und diese Substanz ist dafür bekannt, den Appetit der Insekten anzuregen. Adventivwurzeln enthalten auch mehr Proteine und freie Aminosäuren, wovon einige für Insekten essentiell sind», erklärt Christelle Robert.
 
Um seine wichtigsten Organe zu schützen, verlässt sich Mais auf eine ganze Armada an toxischen Substanzen, die meist sehr effizient sind. «Wir konnten das in Experimenten mit Insekten zeigen, die keine spezielle Präferenz für bestimmte Pflanzen haben, präzisiert die junge Biologin. Wenn wir den Effekt dieser Toxine am Maiswurzelbohrer erprobten, einem Insekt das sich auf Mais spezialisiert hat, war das Resultat ganz anders.»
 
Die Ideen für diese Experimente stammen von Christelle Robert und Matthias Erb, der gegenwärtig am Max Planck Institut für Chemische Ökologie in Jena (Deutschland) angestellt ist. Sie zeigen, dass die Larven des Maiswurzelbohrers das Toxin nicht nur tolerieren, sondern es sogar nutzen, um die Bereiche der Pflanze zu lokalisieren, welche am besten mit Nährstoffen versorgt sind, im vorliegenden Fall also die Adventivwurzeln. Den Insekten gelingt es auf diese Weise, das Gift, das sie abwehren soll, zu ihren Gunsten zu nutzen. Dies ist das erste Mal, dass ein solches Phänomen im Wurzelbereich von Pflanzen beschrieben wurde.
 
Um zu dieser überraschenden Schlussfolgerung zu gelangen, benutzten die Forschenden eine Mutante von Mais, welche die betreffenden Toxine nicht produzieren kann. Maiswurzelbohrer-Larven konnten dann zwischen den Wurzeln dieser Pflanzen und den Wurzeln von Pflanzen, welche die Toxine produzieren, wählen. Entgegen jeder Erwartung bevorzugten die Larven klar die Pflanzen mit aktiver Schädlingsabwehr. Das ist aber noch nicht alles: Die Beobachtung der Larven auf den toxinproduzierenden Pflanzen ergab, dass sich die Larven nach kaum drei Stunden auf den Adventivwurzeln festgesetzt hatten, von denen sie sich dann nicht mehr entfernten. Bei Pflanzen ohne toxische Abwehr hingegen schienen die Larven, die auf den Wurzeln ausgesetzt wurden, etwas verloren: sie wechselten von einem Wurzeltyp zum anderen.
 
«Daraus haben wir geschlossen, dass diese Toxine ein unerlässlicher Wegweiser für die Nahrungssuche des Maiswurzelbohrers sind. Wir konnten ebenfalls zeigen, dass Larven, die sich von Adventivwurzeln ernähren, schneller wachsen, als solche, die sich auf Primär- oder Nebenwurzeln niedergelassen haben», erklärt Christelle Robert.
 
Nun bleibt den Forschenden nur noch, den Mechanismus aufzudecken, mit dem es dem Maiswurzelbohrer gelingt, das Gift zu tolerieren. Ein vielversprechender Ansatz, den sie in Zukunft verfolgen werden, ist es, die Enzyme zu untersuchen, die der Schädling produziert, um die Pflanzenabwehrstoffe zu neutralisieren.

 

Contacts

Université de Neuchâtel
FARCE laboratory
Prof. Ted Turlings

Tel: +41 32 718 31 58
ted.turlings@unine.ch

 

Christelle Robert
Tel: +41 32 718 30 13
christelle.robert@unine.ch

 

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