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Die Rolle von Bakterien beim Stoffwechsel von Pflanzenschädlingen

Pflanzenfressende Insekten haben über Millionen von Jahren eine Symbiosebeziehung zu Bakterien aufgebaut. Wenn die Zusammenhänge dieser Symbiose einmal geklärt sind, könnte die Forschung daraus wirksamere Strategien zur Bekämpfung von Agrarschädlingen entwickeln.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Pflanzenfressende Insekten stellen für die Landwirtschaft eine ernstzunehmende Bedrohung dar. Ihr Fressverhalten verursacht Blattverlust, bremst das Pflanzenwachstum und kann die Pflanzen sogar töten. „Diese Insekten richten auch indirekt Schaden an, indem sie tödliche Krankheitserreger auf die Pflanzen übertragen“, erklärt die Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Emmanuelle Jousselin, Forscherin beim Projektträger INRAE in Frankreich. „Das gilt besonders für Insekten, die sich von den Netzwerken der Pflanzen ernähren, in denen Wasser und Nährstoffe transportiert werden, dem sogenannten Leitgewebe. Blattläuse sind wahrscheinlich das bekannteste Beispiel für diese Art von Insekten.“

Das Fressverhalten der Insekten

Pflanzenschutzmaßnahmen können nur sinnvoll erarbeitet werden, wenn das Fressverhalten der Insekten klar ist. Zu berücksichtigen ist dabei auch die Beziehung von Insekten zu symbiotischen Bakterien, die in ihren Zellen leben. „Pflanzen tragen generell nur wenige Nährstoffe in sich“, ergänzt Jousselin. „Um diesen Mangel auszugleichen, haben viele Pflanzen symbiotische Beziehungen mit Bakterien ausgebildet, die lebenswichtige, aber fehlende Nährstoffe für die Pflanze erzeugen können.“ Das Projekt MicroPhan wurde ins Leben gerufen, um herauszufinden, wie Bakterien zu kooperativen Partnern werden und ob diese Nährstoffhilfe bei Insekten variiert, wenn sie auf neue Pflanzen übergehen. Jousselin wollte außerdem die Rolle der symbiotischen Bakterien bei der langfristigen Evolution von Insekten ergründen. Diese Forschungsarbeiten wurden mit Unterstützung der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt. Jousselin konzentrierte sich vor allem auf Blattläuse, die sich von Nadelgehölzen ernähren. Hunderte Blattlausarten wurden analysiert, um zu bestimmen, welche Bakterien speziell zu welcher Art gehören. Den Ergebnissen des Projekts zufolge haben die untersuchten Blattläuse allgemein zwei Arten von Bakterien, die an ihrer Ernährung beteiligt sind. Buchnera aphidicola, ein Primärbakterium, existiert dabei neben einem neuen Bakterium, das Stoffwechselfunktionen übernimmt. „Dieses neue Bakterium bleibt eine ganze Weile – in manchen Fällen bis zu 30 Millionen Jahre – und entwickelt sich gemeinsam mit dem Blattlauswirt und dem Primärbakterium“, so Jousselin. „In einigen Fällen haben wir jedoch festgestellt, dass das neue Bakterium von einem anderen ersetzt wird.“ Bei Blattläusen, die sich von Lärchen und Douglasien ernähren, wurde im Rahmen des Projekts außerdem eine Bakterienart gefunden, die eine spezielle Stoffwechselfunktion erfüllt. Nur Blattläuse, die dieses Bakterium in sich tragen, können diese Bäume als Nahrung nutzen. „Das deutet daraufhin, dass die entstehende Symbiose mit diesem Bakterium die Besiedlung solcher Nadelbäume erst möglich gemacht hat“, erklärt Jousselin.

Schädlingsbekämpfung bei Pflanzen

Die Projektergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die Biologie saugender Insekten. „Wir konnten bestätigen, dass sich ihre Beziehung zu Bakterien im Laufe der Zeit verändern kann“, sagt Jousselin. „Doch da generell alle Bakterien dieselbe Funktion erfüllen, kann man davon ausgehen, dass es nur wenig Einfluss auf das Fressverhalten der Blattläuse hat, wenn sie durch andere ersetzt werden.“ Der Austausch symbiotischer Bakterien im Laufe der Zeit könnte also von Konkurrenz zwischen den Bakterien oder ähnlichen Faktoren ausgelöst werden. „Das ist zwar zunächst nur Grundlagenforschung, liefert aber neue Erkenntnisse über die Ökologie wichtiger Schädlingsarten“, merkt Jousselin an. „Aus Anwendungsperspektive ist es sehr wichtig, die Rolle symbiotischer Bakterien bei Insekten zu verstehen, da sich anhand dieses Wissens ihre Resilienz gegenüber Umweltveränderungen und ihr invasives Potenzial vorhersagen lassen können. Schlussendlich könnte man darauf Strategien zur Bekämpfung von Agrarschädlingen aufbauen.“ Jousselin zufolge soll als Nächstes geklärt werden, wie Blattläuse verschiedene symbiotische Bakterien unterteilen und kontrollieren. „Üblicherweise, aber nicht immer, liegen diese Bakterien geschützt in bestimmten Zellen“, erläutert die Forscherin. „Daher ist es wichtig, herauszufinden, ob und wie diese Zellen von den Blattläusen gesteuert werden.“ Das könnte Erkenntnisse darüber liefern, inwiefern Blattläuse ihre Symbiosebeziehung kontrollieren können, um den größtmöglichen Nutzen daraus zu ziehen. „Ich hoffe nun, dass sich nach diesem Projekt noch mehr Forschende mit Analysen zur Evolution komplexer Symbiosebeziehungen befassen wollen“, so Jousselin abschließend.

Schlüsselbegriffe

MicroPhan, Bakterien, Leitgewebe, Pathogene, Krankheitserreger, landwirtschaftlich, agrarwirtschaftlich, symbiotisch, Symbiose, Insekten, Blattläuse

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