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H2020

HerbivoreAssociatedOrganisms — Ergebnis in Kürze

Project ID: 655178
Gefördert unter: H2020-EU.1.3.2.
Land: Niederlande
Bereich: Grundlagenforschung, Land- und Forstwirtschaft

Mit pflanzenfressenden Insekten assoziierte Organismen beeinflussen pflanzliche Reaktionen

Neben den Insektenfressern gibt es auch eine Gemeinschaft verschiedener mit Pflanzenfressern assoziierter Organismen (HAO), wie etwa parasitäre Würmer und Wespen. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Expression des Pflanzenfresser-Phänotyps.
Mit pflanzenfressenden Insekten assoziierte Organismen beeinflussen pflanzliche Reaktionen
Parasitäre Wespen werden als Parasitoide bezeichnet, Insekten, deren Eier und Larven sich im Körper anderer Arthropoden entwickeln, während die Erwachsenen frei leben. Unter natürlichen Bedingungen injizieren jedoch mehrere Parasitenarten nicht nur ihre Eier, sondern auch Polydnaviren (polydisperse DNA-Viren oder PDV) in ihre Wirte.

PDV sind einzigartige Insektenviren, die mit Tausenden von Parasitenarten in intimer gegenseitiger Symbiose verbunden sind. Das Virus profitiert von einem solchen Mutualismus, da es sich ausschließlich in den Eierstöcken von weiblichen Parasitoiden vermehren kann, ohne dabei Virulenz auszudrücken. Der Parasitoid profitiert von einem solchen Mutualismus, da PDV die Immunantwort des Pflanzenfressers unterdrücken und somit die Entwicklung der parasitären Nachkommen im Inneren des Pflanzenfressers ermöglichen.

Das EU-finanzierte Horizont 2020-Projekt HerbivoreAssociatedOrganisms testete die Hypothese, dass PDV die Physiologie von Pflanzenfressern verändern und die Abwehr von Pflanzen beeinflussen. Diese Veränderung des Phänotyps kann sich wiederum auf die Interaktion des Pflanzenfressers mit der Pflanze auswirken. Die Ergebnisse zeigen, dass symbiotische Viren, die mit Parasitoiden assoziiert sind, eine Schlüsselrolle bei der Interaktion zwischen Pflanzen und Insekten spielen.

Einfluss auf die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Insekten

Auf molekularer Ebene sind PDV für die Abwärtsregulierung von Pflanzentoxinen und Raupenabwehrgenen verantwortlich. Auf ökologischer Ebene beeinflussen die phänotypischen Veränderungen der Pflanzen durch PDV auch das Verhalten anderer Mitglieder der Insektengemeinschaft. „Die Kohlschabe beispielsweise reduziert den Kolonisationsdruck auf Pflanzen, die zuvor von PDV-infizierten Raupen befallen waren. Das Hyperparasitoid Lysibia nana (ein natürlicher Feind, der sich in anderen Parasitoidarten entwickelt) wird jedoch von Pflanzen angezogen, die zuvor von PDV-infizierten Raupen befallen wurden“, erklärt Projektkoordinator Dr. Marcel Dicke.

Das Projekt zeigte die bemerkenswerte Wirkung von Insektensymbionten auf die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Insekten auf. Es wurde festgestellt, dass PDV die oralen Sekrete der Raupen und die Abwehrreaktionen der Pflanzen auf den Verzehr von Pflanzenmaterial beeinflussen. „Wir haben uns auf die Frage konzentriert, welchen Einfluss HAO in Form von symbiotischen Viren, die mit parasitoiden Wespen assoziiert sind, auf die molekularen und ökologischen Aspekte der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Insekten haben“, so Dr. Dicke.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass PDV die chemische Abwehr von Pflanzen zum Nutzen der parasitären Partner durch pflanzenvermittelte trophische Effekte herunterregulieren. Dieser bemerkenswerte Effekt ist jedoch mit ökologischen Kosten verbunden. Hyperparasitoide können PDV-induzierte Veränderungen des Pflanzenphänotyps erkennen und zur Lokalisierung von Parasitenopfern nutzen.

Bedeutung in der Landwirtschaft

Die Erkenntnisse von HerbivoreAssociatedOrganisms kommen Ökologen zugute, die an Pflanzen-Insekten-Interaktionen arbeiten, Virologen, die PDV untersuchen, sowie Biologen, die die Symbiose im Allgemeinen erforschen. Die Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit, mutualistische symbiotische Interaktionen in eine ökologische Perspektive zu stellen, um das Gebiet der Pflanzen-Insekten-Interaktionen voranzubringen. Ein integrierter Ansatz, der Studien über die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Insekten mit den Symbiosen von Insekten verbindet, muss in der zukünftigen Forschung zunehmend umgesetzt werden.

Die Feststellung, dass Hyperparasitoide ihre parasitären Wirte über pflanzenphänotypische Veränderungen durch PDV-injizierte Raupen lokalisieren, ist für die biologische Bekämpfung von Schadinsekten relevant. Laut Dr. Dicke „wird [dies] ein besseres Verständnis für das Verhalten von Hyperparasiten bei der Nahrungssuche liefern und kann möglicherweise dazu verwendet werden, sie von der Zielpflanze wegzulocken, um so die nachhaltige Bekämpfung von Insektenschädlingen in der Landwirtschaft zu unterstützen.“

Das Verständnis der Ökologie der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, pflanzenfressenden Insekten, was ebenfalls landwirtschaftliche Schädlinge sein können, und ihren natürlichen Feinden wie parasitären Wespen ist wichtig für die Entwicklung einer nachhaltigen Landwirtschaft. Weitere Informationen: Science online.

Schlüsselwörter

HerbivoreAssociatedOrganismen, Parasitoid, polydisperser DNA-Virus (PDV), Pflanzenfresser, Hyperparasitoid
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