ABCB-Transporter als entscheidende Anpassung herbivorer Insekten an toxische Herzglykoside

• Antragstellerin: Professorin Dr. Susanne Dobler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513035770

Obwohl Pflanzen eine Fülle schädlicher Sekundärstoffe entwickelt haben, um ihre Fressfeinde loszuwerden, lässt sich jede Abwehrstrategie überwinden und sogar die giftigsten Pflanzen werden von irgendwelchen Insekten gefressen. Eine Klasse solcher äußerst giftiger Substanzen sind Herzglykoside (Cardenolide und Bufadienolide). Die Anpassung an diese Stoffe wurde zu einen Lehrbuchbeispiel für die konvergente Evolution von Resistenz, die die toxischen Effekte durch Insensitivität der Angriffsstelle in der Na,K-ATPase umgeht (Target-site insensitivity). Trotzdem ist es offensichtlich, dass es zusätzliche Transportmechanismen geben muss, die eine maßgebliche Rolle bei der Anpassung an die Toxine spielen. Solche Transportmechanismen können die Aufnahme über den Darm verhindern, die Exkretion der Gifte regulieren, sensitive Gewebe schützen oder den Transfer in spezialisierte Speicherkompartimente gewährleisten. Unsere aktuellen Daten weisen darauf hin, dass ABCB-Transporter (ATP-binding cassette subfamily B) eine wichtige Rolle in diesem Transportnetzwerk spielen und entscheidende Anpassungen an Herzglykoside vermitteln. Das Ziel dieser Studie ist es die Bedeutung der ABCB-Proteine für den Transport von Cardenoliden in der Milchkrautwanze, Oncopeltus fasciatus, aufzuklären. O. fasciatus ist an die Cardenolide in seinen Wirtspflanzen angepasst und ist resistent gegen ihren inhibierenden Effekt auf die Na,K-ATPase. Die Wanzen tragen Warnfarben und sequestrieren die Pflanzengifte in ihre Verteidigungssekrete, die sie beim Angriff durch Fressfeinde abgeben. Dies setzt voraus, dass es einen Transport aus dem Darm durch die Hämolymphe und entgegen des Konzentrationsgradientens in die Speicherkompartimente der Verteidigungssekrete geben muss. Gleichzeitig muss das Nervensystem durch aktive Effluxcarrier vor einem Eindringen der Cardenolide geschützt werden, die ansonsten die Funktion der Nerven beeinträchtigen würden. Dieses Projekt startet mit der Identifikation der ABCB Voll- und Halbtransporter aus Transkriptomen von O. fasciatus, gefolgt von einer Bestimmung ihrer gewebespezifischen Expression und ihrer funktionellen Charakterisierung durch in vivo und in vitro Assays. Durch eine Kombination RNAi-vermittelter genetischer Knock-Downs mit funktionellen Tests soll die Bedeutung einzelner Transkripte für Exkretions- und Resorptionsprozesse durch die Malpighigefäße analysiert werden. Zudem wird der Effekt des Knock-Downs einzelner Transkripte auf die orale Aufnahme oder Injektion von Cardenoliden durch phänotypische Screens und HPLC-Analysen der Hämolymphe und Verteidigungssekrete untersucht. Damit wird diese Studie das Transportnetzwerk für Cardenolide aufklären und unser Verständnis der Bedeutung von ABCB-Transportern für die Anpassung herbivorer Insekten an toxische Pflanzenstoffe wesentlich erweitern. Dies trägt wertvolle Erkenntnisse über die noch weitgehend unverstandenen Prozesse des Transports von Xenobiotika über Insekten-Epithelien bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen