Genetische Manipulation: Insekten-Speichel beeinflusst Wachstum von Pflanzen

Insekten können die Entwicklung von Pflanzen verändern

In einer aktuellen Studie wurden Proteine im Speichel von Blattläusen identifiziert, welche die Pflanzenentwicklung verändern können. Diese Proteine treiben abnormale Wucherungen an, welche als Gallen bezeichnet werden und den Insekten einen geschützten Ort zur Nahrungsaufnahme und Fortpflanzung bieten.

Insekten sind tatsächlich in der Lage das Pflanzenwachstum umzuprogrammieren, indem sie gewöhnliche Pflanzenteile in speziell gemusterte Unterschlüpfe verwandeln. Auf diese Weise können sichere Zufluchtsorte für die Nahrungsaufnahme und die Fortpflanzung geschaffen werden, so das Ergebnis einer Untersuchung unter der Beteiligung von Forschenden des Howard Hughes Medical Institute. Die Studie wurde in der englischsprachigen Fachzeitschrift „Current Biology“ publiziert.

Viele Insekten produzieren Gallen

Diese als Gallen bezeichneten Strukturen werden von einer Vielzahl von Insekten hergestellt, darunter einige Arten von Blattläusen, Milben und Wespen. Die Gallen nehmen viele unterschiedliche Formen an, jede spezifisch in Form und Größe für die Insektenart, die sie geschaffen hat – von Knöpfen über kegelförmige Ausstülpungen bis hin zu langen, dünnen Stacheln. Manche ähneln sogar Blumen, berichten die Forschenden.

Insekten erzeugen Gallen, indem sie die Entwicklung von Pflanzen manipulieren. Die Forschenden wollten bei ihrer Arbeit herausfinden, wie genau Insekten die Pflanzen beeinflussen, um Gallen zu produzieren. „Wie übernimmt ein Organismus aus einem Reich die Kontrolle über das Genom eines Organismus aus einem anderen Reich, um dessen Entwicklung komplett umzugestalten und sich selbst ein Zuhause zu schaffen”, erläutert Studienautor David Stern vom Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute die Fragestellug der Studie.

Insektengene steuern direkt Gallenbildung

Die Forschenden haben erstmals Beispiele für Insektengene identifiziert, welche die Entwicklung von Gallen direkt steuern. Diese Gene werden in den Speicheldrüsen von Blattläusen aktiviert und scheinen die Gallenbildung zu steuern, wenn die Insekten ihren Speichel in die Pflanzen injizieren, erläutert das Team in einer Pressemitteilung zu den Studienergebnissen.

Gen bestimmt Farbe der Gallen

Ein Gen, welches die Fachleute identifiziert haben, bestimmt, ob solche Gallen eine rote oder grüne Farbe haben werden. Der Molekularökologe Patrick Abbot von der Vanderbilt University, der nicht an der Forschungsarbeit beteiligt war, erklärt hierzu: „Es ist sehr wahrscheinlich, dass ähnliche Gene auch in anderen Insekten zu finden sind.“ Dies inspiriere für weitere Forschung.

Studienautor Stern ergänzt, dass es eine langjährige Herausforderung sei, herauszufinden, wie die Bildung von Gallen untersucht werden kann. Gallen bildende Insekten seien keine Labor-Modellorganismen wie Fruchtfliegen, und es ist nicht so viel über ihre Genetik bekannt, fügt der Stern hinzu.

Der Experte stellte bereits vor einigen Jahren fest, dass Blattläuse (Hormaphis cornu) Gallen auf Zaubernussgewächsen (Hamamelis) bildeten. Er konnte beobachten, dass selbst auf einem einzelnen Blatt einige Hormaphis-Blattläuse grüne Gallen produzierten, während andere rote Gallen bildeten. Dies ermöglichte es zwei sichtbar unterschiedliche Arten von Gallen zu vergleichen und herauszufinden, was die Blattläuse, die sie bilden, genetisch unterscheidet.

Als die Forschenden die Genome von Blattläusen sequenzierten, welche grüne und rote Gallen bildeten, fanden sie ein Gen, welches sich zwischen den beiden Genomen unterschied. Blattläuse mit einer Version eines Gens bildeten grüne Gallen, Blattläuse mit einer anderen Version rote, berichtet das Team. Dieses Gen ähnelte keinem zuvor identifizierten Gen.

Die Fachleute sammelten darauf Blattläuse von Zaubernussgewächsen und Flussbirken (Hormaphis cornu Blattläuse leben im Sommer auf Flussbirken, bilden dort aber keine Gallen). Zurück im Labor wurden die winzigen Speicheldrüsen der Insekten heraus seziert. In diesen Drüsen suchte das Team nach Genen, die nur bei den Blattläusen eingeschaltet waren, die Gallen bildeten.

BICYCLE-Gene bestimmen die Farbe der Gallen

Die Forschenden fanden so heraus, dass das Gen, welches die Farbe der Gallen bestimmt, Hunderten von anderen Genen ähnelt, die alle speziell in den Gallen bildenden Blattläusen eingeschaltet sind. Das Team bezeichnete diese Gruppe als BICYCLE-Gene.

Wie wurden die Pflanzen zur Gallenbildung gebracht?

Die Gallen bildenden Blattläuse auf den Zaubernussbäumen schalten diese Gene ein, um sogenannte BICYCLE-Proteine herzustellen. Die Insekten können diese Proteine in Pflanzenzellen injizieren, um das Blattgewebe so umzuprogrammieren, dass es anstelle von normalen Pflanzenteilen eine Galle bildet, erklärt Studienautorin Aishwarya Korgaonkar.

Das Team arbeitet nun daran, die Pflanzenmoleküle zu identifizieren, auf welche die BICYCLE-Proteine der Blattläuse abzielen. Dies könnte helfen zu verstehen, wie die BICYCLE-Proteine die Pflanzen dazu bringen Gallen zu bilden, fügt Korgaonkar hinzu. „Nachdem wir uns jahrelang gefragt haben, was da vor sich geht, ist es sehr befriedigend, etwas vorzuweisen zu können”, fügt Stern hinzu. (as)