Gekonnte Manipulation

Käfer nutzt Bakterien als Tarnkappen, um die Pflanzenabwehr lahmzulegen

28.01.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Ursprünglich stammt der Kartoffelkäfer aus den USA, genauer gesagt aus dem US-Bundesstaat Colorado, weswegen er auch im Amerikanischen „Colorado potato beetle“ genannt wird. (Quelle: © Frank Hollenbach / pixelio.de)
Ursprünglich stammt der Kartoffelkäfer aus den USA, genauer gesagt aus dem US-Bundesstaat Colorado, weswegen er auch im Amerikanischen „Colorado potato beetle“ genannt wird. (Quelle: © Frank Hollenbach / pixelio.de)

Der Kartoffelkäfer hat einen ausgeklügelten Trick, um die Abwehr von Pflanzen zu manipulieren: Er überträgt Bakterien, die mit ihm in Symbiose leben, auf die Pflanze. Die Pflanze aktiviert daraufhin fälschlicherweise die Verteidigungsmechanismen gegen Bakterien und der Käfer kann sich ungestört an den Blättern satt fressen. Die Pflanzenabwehr ist jedoch nicht nur an den angefressenen Blättern lahmgelegt, sondern auch bei unbeschädigten Blättern, wie Forscher nun herausfanden. 

Der Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata) ist ein gefürchteter Agrarschädling, der die Blätter von Kartoffeln zum Fressen gern hat. Die Käfer und ihre Larven sind dabei in der Lage, ganze Felder kahl zu fressen und Missernten zu verursachen. Die rund ein Zentimeter kleinen schwarz-gelb gestreiften Käfer befallen aber nicht nur Kartoffeln, wie der Name vermuten lässt, sondern ernähren sich auch von anderen Nachtschattengewächsen wie Tomaten.

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Eine Kartoffelkäferlarve frisst sich an einem Blatt satt. Der Käfer überträgt dabei mit seinem Speichel Bakterien, mit denen er in Symbiose lebt, auf das Blatt. Die Pflanze aktiviert daraufhin fälschlicherweise die Abwehr gegen Bakterien und der Käfer kann ungestört weiter naschen.

Eine Kartoffelkäferlarve frisst sich an einem Blatt satt. Der Käfer überträgt dabei mit seinem Speichel Bakterien, mit denen er in Symbiose lebt, auf das Blatt. Die Pflanze aktiviert daraufhin fälschlicherweise die Abwehr gegen Bakterien und der Käfer kann ungestört weiter naschen.

Bildquelle: © A.Kern / pixelio.de

Pflanzen sind dem Insektenfrass jedoch nicht schutzlos ausgeliefert. Sie haben vielfältige Abwehrstrategien gegen Schädlinge. Doch im gegnerischen Lager - auf der Seite der Insekten - haben sich im Laufe der Zeit Tricks entwickelt, diese Abwehr zu unterwandern. So schafft es der Kartoffelkäfer die Pflanzen auszutricksen und ihre Abwehr lahmzulegen. Forscher haben dies in Tomatenpflanzen genauer untersucht. Sie machten dabei eine erstaunliche Entdeckung: Der Käfer holt sich Hilfe von Bakterien, mit denen er in Symbiose lebt.

Symbiose als Mittel zur Täuschung  

Kartoffelkäfer leben in Symbiose mit vielen Bakterien. Diese Partnerschaft ist für das Insekt von enormem Vorteil: Er nutzt diese Bakterien für seine Verdauung oder zum Schutz, aber auch um gezielt die Verteidigung der Pflanzen zu seinen Gunsten zu manipulieren. Die Käferlarven übertragen beim Anknabbern der Blätter die Bakterien mit ihrem Speichel auf die Pflanze.

Die Pflanze beginnt daraufhin auf den Angriff zu reagieren und verteidigt sich. Sie geht aber fälschlicherweise davon aus, dass sich Bakterien auf ihren Blättern tummeln und aktiviert ihre Abwehr gegen Bakterien. Das dafür benötigte pflanzliche Abwehrhormon Salicylsäure wird im Gewebe der Pflanzen angereichert und löst eine Kettenreaktion von Prozessen in der Pflanze aus, die die bakteriellen Angreifer zur Strecke bringen sollen.

Die Käferlarven beeinflusst das jedoch nicht. Denn normalerweise nutzt die Pflanze zur Abwehr von Fressfeinden wie dem Käfer ein anderes Hormon, nämlich die Jasmonsäure. Dieser Botenstoff führt dazu, dass die Pflanze die richtigen Abwehr-Proteine produziert. Frisst das Insekt dann weiter, nimmt es die Stoffe auf, die die Verdauung und das Wachstum der Insekten hemmen oder im Extremfall  sogar töten können.

Durch den vermeintlichen Angriff der Bakterien werden also die „falschen“ Signalwege in der Pflanze aktiviert. Der Vorteil für den Käfer: Es können nicht beide Abwehrstrategien gleichzeitig ablaufen. Die Pflanze konzentriert sich auf die Signale für eine Bakterienabwehr. Durch diese „Tarnkappe“ kann sich das Insekt ungestört satt fressen. Das zeigten Experimente, in denen die Käferlarven bei gleichzeitiger bakterieller Pflanzenabwehr prächtig wuchsen.

Doch nicht alle Bakterien, die sich in dem Speichel der Käfer befinden, haben diese Wirkung. Von den untersuchten Bakterien, mit denen die Käfer eine Symbiose eingehen waren drei Gattungen (Stenotrophomonas, Pseudomonas und Enterobacter) in der Lage die Pflanzenabwehr zu stimulieren.

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Die rund ein Zentimeter kleinen schwarz-gelb gestreiften Kartoffelkäfer befallen aber nicht nur Kartoffeln, wie der Name vermuten lässt, sondern ernähren sich auch von anderen Nachtschattengewächsen wie Tomaten.

Die rund ein Zentimeter kleinen schwarz-gelb gestreiften Kartoffelkäfer befallen aber nicht nur Kartoffeln, wie der Name vermuten lässt, sondern ernähren sich auch von anderen Nachtschattengewächsen wie Tomaten.

Bildquelle: © iStockphoto.com/ annalovisa

Auch unbeschädigte Blätter betroffen

Den neusten Erkenntnissen der Forscher zufolge, wird die pflanzliche Abwehr nicht nur in den angefressenen Blättern manipuliert. Auch in unbeschädigten Blättern wird die Verteidigung gegen die Fressfeinde herabgesetzt. Frisst also eine Kartoffelkäferlarve an einer Pflanze und überträgt dabei Bakterien, wirkt ihre Täuschungstaktik nicht nur am Ort des Geschehens. Die ganze Pflanze ist den kleinen Schädlingen schutzlos ausgeliefert und macht es so für andere Käfer einfach, sich ungestört von den Blättern zu ernähren.

Auch noch nach zwei Tagen konnten die Forscher bei den untersuchten Pflanzen die Wirkung der Käfer bzw. der Bakterien nachweisen. Doch die Manipulation hält nicht ewig an, nach vier Tagen, war die Verteidigung der Pflanzen wieder voll funktionsfähig. Dies ist darauf zurück zu führen, dass die Bakterien nicht vier Tage auf den Blättern überleben oder sich vermehren können. Dann ist die vorübergehende Manipulation der Pflanzenabwehr beendet.

Nun wollen die Forscher die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen genauer ergründen. Denn versteht man die Taktik der Käfer im Detail, kann man Wege finden, die Pflanzen vor den Schädlingen effektiver zu schützen. So könnten Ernteverluste und Missernten besser vermieden werden.

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