Wenn Schmetterlinge Wespengene tragen

Horizontaler Gentransfer bei Insekten

24.09.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Forscher fanden im Genom von Schmetterlingen (u. a. dem abgebildeten Monarchfalter) Gene von parasitierenden Wespen. (Bildquelle: © Quartl / wikimedia.org; CC BY-SA 3.0)
Forscher fanden im Genom von Schmetterlingen (u. a. dem abgebildeten Monarchfalter) Gene von parasitierenden Wespen. (Bildquelle: © Quartl / wikimedia.org; CC BY-SA 3.0)

Horizontaler Gentransfer ist bei Eukaryonten äußert unüblich. Umso spannender, wenn er zufällig entdeckt wird. Dass Schmetterlinge Wespengene in sich tragen, ist verwunderlich, bei genauer Betrachtung jedoch durchaus erklärbar.

Zunächst gingen die Wissenschaftler von einer Kontamination ihrer Proben aus, als sie im Genom von Schmetterlingen Gene von parasitierenden Wespen fanden. Doch weit gefehlt; weitere Untersuchungen an anderen Spezies eines Feldes zeigten, dass die Schmetterlinge tatsächlich Wespengene in sich aufgenommen hatten.

Von Bakterien ist man die evolutionäre Weiterentwicklung mittels horizontalem Gentransfer gewöhnt. Auch wenn die Evolution von Eukaryoten hauptsächlich auf der Modifikation bestehender, genetischer Informationen beruht, häufen sich die Erkenntnisse bei Tieren und Pflanzen, dass artfremde Gene immer wieder zu einer Bereicherung und Veränderung der genetischen Information beitragen. Ein Grund für die Wissenschaftler, dem Phänomen nachzugehen und ein Grund für Pflanzenforschung.de jenseits der Pflanzenwelt darüber zu berichten.

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Um sich zu reproduzieren, legen Brackwespen ihre Eier in Raupen und schleusen zusätzlich Bracoviruen ein, um die Immunantwort der Raupen zu umgehen.

Um sich zu reproduzieren, legen Brackwespen ihre Eier in Raupen und schleusen zusätzlich Bracoviruen ein, um die Immunantwort der Raupen zu umgehen.

Quelle: © Max Wahrhaftig / wikimedia.org; CC BY-SA 3.0

Bracoviren hemmen Immunsystem des Wirts

Parasitierende Wespen haben sich darauf spezialisiert, ihre Eier in anderen Insekten abzulegen. Wenn die Larven schlüpfen, fressen sie das Wirtsinsekt einfach auf. Eine bestimmte Wespenart, die Braconid-Wespen (Brackwespen), schleusen zusammen mit ihren Eiern auch die sogenannten Bracoviren in den Wirt. So verhindern sie, dass das Immunsystem der Wirtsraupe ihre Eier erkennt und eliminiert. Sie tragen auch Gene des Wespengenoms in sich.

Parasitäre Wespen nicht besonders wählerisch

Doch wie kann ein Gentransfer überhaupt stattfinden, wenn die Opfer von Braconid-Wespen gewöhnlich sterben, bevor sie sich fortpflanzen können? Die Wissenschaftler haben zufällig durch Bracoviren übertragene Wespen-Gene in Schmetterlingsarten gefunden, die eigentlich gar nicht von parasitären Wespen befallen werden. Hierfür haben die Forscher eine mögliche Erklärung: Braconid-Wespen sind nicht besonders wählerisch bei den Wirten, die sie zur Eiablage aussuchen.

So könnte es passiert sein, dass manche Wespen auch Spezies befallen haben, die eigentlich gar nicht zu ihren Wirten gehören. Und wahrscheinlich waren diese Nicht-Wirte in der Lage, die Larveninfektion abzuwehren. Teile der Bracoviren scheinen die Nicht-Wirte jedoch behalten zu haben – wie das bei vorteilhaften Genen vorkommen kann. Bewiesen ist diese Vermutung bisher allerdings nicht. Dazu müssten die Forscher bei den Nicht-Wirten diejenigen Gene im Immunsystem stilllegen, die die Larven am Schlüpfen hindern. An diesen Tieren müssten dann die Effekte auf die Viren beobachtet werden.

Horizontaler Gentransfer

Die Forscher gehen davon aus, dass hier ein horizontaler Gentransfer unter den Insekten stattgefunden haben muss. Vermutlich wurde das Virus von der Wespe aufgenommen und dann in die Nicht-Wirt-Schmetterlinge übertragen, wo es ins Genom integriert wurde. Das scheint für die Schmetterlinge durchaus Vorteile zu haben, denn die Wissenschaftler fanden Hinweise darauf, dass zumindest ein Gen des Bracovirus seinen Wirt vor einer Infektion mit dem häufig vorkommenden Insektenpathogenen namens Baculoviren schützen kann.

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Ob der horizontale Gentransfer durch Bracoviren tatsächlich dazu benutzt werden kann, nützlichen Insekten eine Resistenz gegen Insektizide zu verleihen, ist fraglich.

Ob der horizontale Gentransfer durch Bracoviren tatsächlich dazu benutzt werden kann, nützlichen Insekten eine Resistenz gegen Insektizide zu verleihen, ist fraglich.

Quelle: © Stockr - Fotolia.com

Natürlich genmodifizierte Insekten

Die Forscher sehen in ihrer Entdeckung ein frühes Beispiel für natürlich genmodifizierte Insekten. Mit diesen Tieren könnten sich eventuell Schädlinge in der Landwirtschaft bekämpfen lassen, schreiben sie in ihrer Publikation. So könnte man beispielsweise Gene zur Insektizid-Resistenz in die Wespengenome integrieren und auf diese Weise genmodifizierte Wespen kreieren. Die Insektizide könnten dann zwar Schädlingen in der Landwirtschaft, nicht aber den Wespen etwas anhaben. Andererseits muss für ein solches Szenario bedacht werden, dass dieser Schuss auch nach hinten losgehen könnte, wenn die Gene tatsächlich relativ einfach von Wespen auf andere Insekten übertragen werden können. Resistenzen könnten sich schneller als gewöhnlich verbreiten und würden die Zeit, in denen ein Mittel wirksam ist, einschränken.

Suche nach jüngeren Geninsertionen

In jedem Fall wollen die Wissenschaftler dem entdeckten Phänomen noch weiter auf den Grund gehen. Dazu werden sie weitere Schmetterlingsgenome nach einem möglichen, horizontalen Gentransfer absuchen. Denn die Gene, die die Forscher in den acht Wirtsgenomen gefunden hatten, waren alle evolutionär gesehen sehr alte Gene. Die Insertionen hatten bereits vor etwa fünf Millionen Jahren stattgefunden. Stoßen die Forscher bei weiteren Untersuchungen auf jüngere Geninsertionen, könnte das Aufschlüsse darüber geben, wie und warum die Schmetterlinge diese Gene behalten haben.

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