Veränderungen des terpenoiden Duftmusters der Kiefer Pinus sylvestris nach Befall durch Insekten: Molekulare Untersuchungen von Terpensynthasen
Final Report Abstract
Die Befunde zeigen, dass es sich bei den zu Beginn des Projektes isolierten cDNA Klonen um Sesquiterpensynthasen handelt, die im Fall von PsTPS 1 als (E)-β-Caryophyllen und α- Humulen Synthase, im Fall von PsTPS 2 als 1(10),5-Germacradien-4-ol und Bicyclogermacren Synthase und im Fall von PsTPS 3 als Longifolen und α-Longipinen Synthase identifiziert werden konnten. Die Transkriptlevel von PsTPS 1, PsTPS 2 und PsTPS 4 zeigten 3 Tage (72 h) nach D. pini Eiablage einen signifikanten Anstieg in P. sylvestris im Vergleich zur artifiziellen Verwundungskontrolle. Die signifikante Transkriptakkumulation erfolgte zu einem Zeitpunkt, an dem die eierbelegten Nadeln einen für den Eiparasitoiden attraktiven Duft abgaben. Keine Änderungen in der Transkriptmenge wurden für PsTPS 3 gefunden. Diese molekularen Befunde zeigen somit, dass Eiablagen durch die herbivore Blattwespe D. pini eindeutig die Transkription von Sesquiterpensynthasen in P. sylvestris beeinflussen. Dies konnten auch Little et al. (2007) in Arabidopsis nach Eiablage eines Schmetterlings (Pieris) für Gene zeigen, die an der Terpenoidsynthese beteiligt sind (putative Linalool Synthase und Triterpenoid Zyklase). Da sich die erhöhten Transkriptmengen der Sesquiterpensynthasen in P. sylvestris 72 h nach Eiablage durch D. pini nicht in einer erhöhten Abgabe der genannten Terpene widerspiegelten, vermuteten wir, dass die Terpene in der Nadel akkumuliert wurden und dort als direkte Abwehr gegen die herbivoren Eier bzw. Larven wirken können. Unsere Terpenextraktionsdaten konnten dies nicht signifikant zeigen, wiesen aber eine dahingehende Tendenz auf (Köpke et al., 2008; s. Anhang). Um diesen Aspekt eingehend zu prüfen, sind weitergehende Analysen hierzu geplant. Die Frage nach der Herbivorenartspezifität der PsTPS-Expressionsantwort konnten wir wie folgt beantworten. Die Daten der Transkriptakkumulation von PsTPS 1, PsTPS 2 und PsTPS 4 wiesen keinen signifikanten Anstieg nach G. pallida Eiablage an P. sylvestris im Vergleich zur artifiziellen Verwundungskontrolle auf. Im Vergleich zu den Daten nach D. pini Eiablage (3.2.1) erhielten wir ein deutlich anderes Expressionsmuster nach G. pallida Eiablage an P. sylvestris. Diese Befunde unterstützen die These, dass die D. pini Eiablage eine spezifische Transkriptakkumulation der PsTPS Gene zur Folge hat, die nach Eiablage von G. pallida nicht beobachtet werden konnte. Die Düfte, die P. sylvestris 72 h nach G. pallida Eiablage abgibt, sind für den Eiparasitoiden auch nicht attraktiv. Die Untersuchungen zur Pflanzenartspezifität (P. nigra nach D. pini Eiablage) ergaben ebenso ein anderes Expressionsmuster im Vergleich zu den Daten von P. sylvestris nach D. pini Eiablage (3.2.1). PnTPS 1, PnTPS 2 und PnTPS 4 Transkriptanalysen zeigten keine signifikanten Unterschiede 72 h nach Eiablage im Vergleich zur artifiziellen Verwundungskontrolle. Der Grad der Expression ist nach 48 h am höchsten und nimmt im Verlauf der Zeit ab. Eiablagen von D. pini an P. nigra induzieren kein für den Eiparasitoiden attraktives Duftmuster. Die Spezifität der Induktion der untersuchten Sesquiterpensynthasen in Pinus je nach Pinus Spezies und je nach Herbivorenart deutet darauf hin, dass sich keine generellen Induktionsmuster entwickelt haben. Die Spezifität der Induktion bietet den jeweiligen Pinus Arten offensichtlich die Chance, sehr differenziert auf die jeweiligen Angreifer zu reagieren und damit möglicherweise den jeweiligen "Angriffssituationen" sehr angemessen zu reagieren. Die Transformation der aus P. sylvestris isolierten Gene PsTPS 1-4 in A. thaliana war für PsTPS 1 und PsTPS 3 erfolgreich. PsTPS 1 transformierte Pflanzen produzierten, wie in E. coli nachgewiesen, (E)-β-Caryophyllen und α-Humulen. Die Produkte werden über die Blätter abgegeben. A. thaliana Pflanzen, die mit PsTPS 3 transformiert wurden, geben Longifolen als Hauptprodukt und α-Longipinen als Nebenprodukte über die Blüten ab. Die derzeit in Bearbeitung befindlichen Biotests müssen zeigen, ob diese P. sylvestris Sesquiterpenprodukte auch in planta produziert eine positive Reaktion beim Eiparasitoiden auslösen.
Publications
- (2008) Does egg deposition by herbivorous pine sawflies affect transcription of sesquiterpene synthases in pine? Planta (Siehe online unter:
Köpke D, Schröder R, Fischer HM, Gershenzon J, Hilker M, Schmidt A
(See online at https://doi.org/10.1007/s00425-008-0747-8)
