Pflanzenforschung Jenaer Forschung: Wie Pflanzen sich vor Fressfeinden schützen

Viele Zikaden zapfen Pflanzen an und ernähren sich von ihrem Saft. Einige übertragen Krankheiten und können große Ernteausfälle verursachen. Jetzt haben Forscher herausgekriegt, wie sich manche Pflanzen davor schützen und wie man das in der Landwirtschaft nutzen könnte.

Blattzikade
Blattzikade. Kleiner Schädling mit großer Wirkung. Bildrechte: Danny Kessler - Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Ein Jenaer Forschungsteam hat einen spannenden biochemischen Prozess entschlüsselt, der erklärt, was manche Pflanzen resistent gegen Schädlinge macht. Erforscht und analysiert wurde er an Pflanzen des Koyotentabaks, an dem sich Zikaden gern Pflanzensaft abzapfen. Die Substanz, die die Wissenschaftler des Jenaer Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie (ICE/MPG) dabei entdeckt haben, heißt Caffeoylputrescin-flüchtige grüne Blattverbindung, kurz CPH. Sie sorgt dafür, dass Zikaden die Pflanze nicht mehr als Wirtspflanze nutzen. Die Forschungsgruppe entschlüsselte zudem die Gene für die Biosynthese dieses Abwehrstoffs.

Warum meiden Zikaden einzelne Pflanzen?

Basis dafür waren frühere Forschungen aus Jena. 2004 hatte man bereits festgestellt, dass Zikaden Pflanzen besiedeln, bei denen das Pflanzenhormon Jasmonsäure schwach ausgeprägt ist. Allerdings wusste man Forschungsleiter Dapeng Li zufolge damals noch nicht, welche durch Jasmonsäure ausgelösten Abwehrmechanismen die Pflanzen für die Zikaden unattraktiv machten. In der jüngsten Jenaer Forschung wurden jahrelang Kreuzungen von verschiedenen Elternpaaren erstellt. An der Stärke des Zikadenbefalls konnten die Forscher schließlich die genetischen Grundlagen ablesen, die Pflanzen zu einer Wirtspflanze machen. Außerdem wurde analysiert, welche chemischen Prozesse in den Pflanzen durch einen Zikadenbefall ausgelöst und welche Gene aktiviert werden.

Blattzikaden der Gattung Empasca
Bildrechte: Danny Kessler - Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Im nächsten Forschungsschritt baute das Jenaer Team die Soffwechselwege des Abwehrstoff CPH in Pflanzen nach, die mit der Tabakpflanze verwandt sind. Auch hier funktionierte das Prinzip: Zikaden mieden auch die Ackerbohne Vicia faba und Tomatenpflanzen vom Typ Solanum chilense, die den Abwehrstoff CPH produzierten. Als nächstes wollen die Forscher herausfinden, was die Produktion des CHP in der Pflanze beeinflusst.

Zikaden: Kleine Insekten, große Schäden

So viel Forschung um so ein kleines Insekt? Zikaden, die hier auch Zirpen genannt werden, können für große Ernteausfälle sorgen. Weltweit sind etwa 45.000 Arten bekannt, in Europa 1.000 und in Deutschland sind etwa 630. Von denen gelten etwa 30 als Schädlinge. Sie saugen entweder an den Zellen, am Gewebe, in dem Wasser oder Salze transportiert werden, oder an den Siebröhren für den Zuckertransport in der Pflanze. Durch ihre Saugtätigkeit können Zikaden Pilz-Krankheitserreger übertragen, aber auch Bakterien oder Viren. Sie können auch Phytoplasmen weitergeben, winzige Bakterien ohne Zellwand, die parasitär leben. Wenn zum Beispiel Möhren von Phytoplasmen befallen werden, färbt sich ihr Laub rötlich und die Möhren sind ungenießbar.

Link zur Studie

Die Studie Bai, Y., Yang, C., Halitschke, R., Paetz, C., Kessler, D., Burkard, K., Gaquerel, E., Baldwin, I. T. Li, D. "Natural history guided –omics reveals plant defensive chemistry against leafhopper pests" wurde im Fachblatt Science veröffentlicht.

Ein Samuraiwespe sitzt auf den Eiern einer marmorierten Baumwanze. 2 min
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