Studie der Leibniz Universität Hannover widmet sich den Gemeinsamkeiten von insektenresistenten Pflanzensorten, die die Basis für neue Züchtungen liefern könnten
Ob Weiße Fliegen, Blattläuse oder Pflanzenhüpfer: Wenn Pflanzen sich gegen Schädlinge zur Wehr setzen, greifen sie oft zu ähnlichen Methoden. Eine Studie unter Leitung von Dr. Daniel Leybourne, Postdoktorand am Institut für Geobotanik an der Leibniz Universität Hannover (LUH), zeigt, dass Pflanzen, die gegen bestimmte Schadinsekten resistent sind, ähnliche Abwehrstrategien nutzen. Dies könnte eine Basis für die Züchtung insektenresistenter Pflanzensorten liefern. Die Ergebnisse wurden jetzt in Scientific Reports veröffentlicht.
Insektenschädlinge stellen für die Landwirtschaft auf der ganzen Welt ein großes Problem dar, da sie Ernteschäden verursachen und die Erträge verringern. Es wird erwartet, dass diese negativen Auswirkungen als Reaktion auf den Klimawandel noch zunehmen werden; Prognosen zufolge könnten die durch Insekten verursachten Ertragseinbußen bei einem Temperaturanstieg von einem Grad Celsius weltweit noch um zehn Prozent steigen. Meist werden die Schädlinge mit Pestiziden bekämpft. Diese schaden jedoch sowohl der Umwelt als auch der Gesundheit und tragen außerdem zum Rückgang der Nutzinsekten bei. Der breite Einsatz von Pestiziden hat auch die Entwicklung pestizidresistenter Insektenpopulationen begünstigt, was die Nutzpflanzen noch angreifbarer für Schädlingsbefall macht.
Einige Pflanzen haben jedoch besondere Eigenschaften entwickelt, um sich gegen Insekten zu schützen. Die Abwehrmechanismen dieser so genannten resistenten Pflanzen bieten möglicherweise eine Alternative zur Bekämpfung von Insektenschädlingen mit Pestiziden, so die Annahme von Dr. Leybourne und Co-Autorin Dr. Guðbjörg Inga Aradóttir, Entomologin am National Institute of Agricultural Botany im Vereinigten Königreich.
Als Basis für ihre Untersuchung dienten die Ergebnisse von 129 Studien, die sich damit befasst haben, wie sich mehr als 30 Pflanzenarten gegen Dutzende verschiedener Insektenarten verteidigen, darunter Blattläuse, Weiße Fliegen und Pflanzenhüpfer. Im Fokus des Forschungsteams standen insbesondere die physikalischen, ernährungsphysiologischen, chemischen und molekularen Eigenschaften der Pflanzen, die zu deren Selbstschutz beitragen und so die Basis für die Entwicklung schädlingsresistenter Sorten liefern könnten, die weniger auf Pestizide angewiesen sind.
Leybourne erklärt: „Unser Ziel war es, herauszufinden, ob die Abwehrmechanismen, die von resistenten Pflanzen eingesetzt werden, in verschiedenen Pflanzengruppen ähnlich sind und ob diese Abwehrmechanismen bei verschiedenen Pflanzen-Insekten-Kombinationen gleich sind." Dabei konzentrierten Leybourne und Aradóttir sich auf die Abwehrmechanismen gegen saugende Insekten wie Blattläuse, Weiße Fliegen und Pflanzenhüpfer, die zu den schädlichsten Insektengruppen überhaupt gehören und zu denen es umfangreiche Forschungsergebnisse gibt. Pflanzensaft saugende Insekten verwenden spezialisierte Mundwerkzeuge (Stilett), um Leitungsbahnen oder Gewebe anzustechen und die Nährstoffressourcen der Pflanze abzusaugen, was die Pflanze direkt schädigen und die Übertragung von Pflanzenpathogenen erleichtern kann.
Diese Meta-Analyse ergab erstmals, dass viele Pflanzenfamilien dieselben Abwehrmerkmale gegen bestimmte Insektengruppen einsetzen. So nutzen beispielsweise Kohlgewächse und Gräser ähnliche Strategien, um sich vor Blattläusen zu schützen. Die Autoren fanden außerdem heraus, dass insektenresistente Pflanzen in der Regel einen höheren Gehalt an bestimmten organischen Chemikalien sowie eine höhere Dichte an haarähnlichen Strukturen (Trichomen) auf ihren Blättern aufweisen. Diese Abwehrstrategien scheinen es den Insekten zu erschweren, die Pflanze anzustechen oder zu sondieren und an den Pflanzensaft zu gelangen, und sie sind in der Regel gegen viele Arten von saugenden Insekten wirksam.
Diese Gemeinsamkeiten deuten darauf hin, dass es möglich sein könnte, Pflanzensorten zu entwickeln, die eine breite Resistenz gegen Insekten aufweisen. Es sind jedoch eingehendere Studien auf Ebene der Pflanzen- und Insektenarten erforderlich, um festzustellen, ob verschiedene Insektenarten innerhalb derselben Familie oder Gruppe ähnlich auf die Pflanzenabwehr reagieren.
Das Open-Access-Manuskript, das in Scientific Reports veröffentlicht wurde, wurde durch ein Alexander von Humboldt Postdoktoranden-Stipendium unterstützt:
Leybourne, D.J., Aradottir, G.I. Common resistance mechanisms are deployed by plants against sap-feeding herbivorous insects: insights from a meta-analysis and systematic review. Sci Rep 12, 17836 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20741-3
Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Dr. Daniel Leybourne, Humboldt-Stipendiat am Institut für Geobotanik der Leibniz Universität Hannover, per E-Mail unter leybourne@geobotanik.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
