Sequestrierung pflanzlicher Sekundärmetabolite durch Blattkäfer: Selektive Transportproteine und ihre Bedeutung bei Diversifizierungsprozessen in Pflanzen-Herbivoren-Interaktionen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Antje Burse
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 181882691

Phytophage Insekten nutzen beinahe alle Pflanzenarten als Nahrungsquelle. Seit Ehrlich und Raven ihre Ideen zur Co-Evolution von Schmetterlingen und Pflanzen veröffentlichten, wird nach wie vor lebendig debattiert, wie solch eine Interaktion selbst diversifiziert und wie die Artbildung der interagierenden Partner beeinflusst wird. In solchen Interaktionen haben Sekundärmetabolite eine Schlüsselposition inne: sie bilden die pflanzliche chemische Abwehr, die von herbivoren Insekten überwunden werden muss. Eine der am weit verbreitetsten Strategien zur Überwindung dieser Schranke ist die Sequestrierung, wobei die Sekundärmetaboliten in die Insekten eingeschleust, wenn nötig, metabolisch verändert und schließlich akkumuliert werden. Die Larven des Blattkäfer-Subtribus Chrysomelina, zum Beispiel, entwickelten spezielle Wehrdrüsen, in denen pflanzenbürtige Naturstoffe in Sekreten angereichert und bei Störungen abgesondert werden. Bisher konnte nachgewiesen werden, dass die Larven für die Transportprozesse der Naturstoffe verschiedene Barrieren von unterschiedlicher Selektivität entwickelt haben. Neben einer nicht-selektiven Aufnahme aus dem Darm sowie nicht-selektiven Exkretion, kontrolliert eine einzige selektive Barriere in den Wehrdrüsen die metabolische Diversität im Sekret, was die Interaktionen von Organismen im Nahrungsnetz eines Ökosystems nachhaltig beeinflussen kann: einerseits können Fraßfeinde und Kompetitoren abgewehrt werden, was die Besiedlung einer Nische erlaubt, andererseits jedoch, können Räuber und Parasitoide angelockt werden. Folglich dirigieren selektive Transportproteine nicht nur die Diversität von Pflanzen und Insekten, sondern auch die weiterer Interaktionspartner. Aufgrund ihrer wesentlichen ökologischen Relevanz, zielt das vorgestellte Vorhaben darauf ab, selektive Transporter biochemisch zu charakterisieren sowie die für ihre Substratselektivität relevanten Strukturelemente und Aminosäuren zu identifizieren. Anhand des Subtribus Chrysomelina, das als geeignetes Modelsystem zum Studium der Bedeutung von Sequestrierungsprozessen angesehen wird, sollen phylogenetische Analysen Aufschluss über Korrelation der Evolution der Transportproteinen und der Wirtspflanzenanpassung geben. Ein detailliertes Verständnis des Membrantransfers ermöglicht einerseits Rückschlüsse auf andere sequestrierende Insektenarten und zeigt andererseits Faktoren auf, die einen Beitrag zum Wirtspflanzenwechsel, zur Spezialisierung und letztlich zu Artbildungsprozessen in Pflanzen-Insekten-Interaktionen leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Ulrich Kleinekathöfer; Dr. Natalie Wielsch, Ph.D.