Plant Proteinase inhibitors: A defense against herbivorous insects?
Authors: Broadway Roxanne M. , Duffey Sean S. , Pearce Gregory , Ryan Clarence A. 
Published: April 2011

Using the tomato plant, Lycopersicon esculentum L., and the beet armyworm, Spodoptera exigua (Hubner) (Lepidoptera: Noctuidae), we have demonstrated that insect herbivory induces a rapid decline in plant quality. This decline in plant quality manifests itself by a highly significant reduction in rate of larval growth on a medium containing foliage from insect‐damaged as opposed to undamaged tomato plants. The induction of tomato Proteinase inhibitors, as a result of larval feeding, is invoked as a factor that systemically reduces leaf quality.

Pflanzenproteinaseinhibitoren: ein Abwehrmechanismus gegen herbivore Insekten?

Eine zentrale Theorie in der Erforschung von Insekten‐Wirtspflanzen‐Wechselbeziehungen ist, dass sich bestimmte natürlich vorkommende Pflanzeninhaltsstoffe in Pflanzen zur Abwehr herbivorer Insekten und anderer Parasiten entwickelt haben. Zur Zeit herrschende überlegungen beinhalten auch das Konzept, dass herbivore Insekten das Potential besitzen, Veränderungen in der Abwehrund/oder Nahrungsqualitàt von Wirtspflanzen hervorzurufen, die den herbivoren Insekten schaden. Gegenwärtig is nur wenig über die Ursachen dieser von Insekten induzierten Veränderungen der Wirtspflanzenqualität bekannt. Jedoch werden häufig unterschiedliche Gehalte der Pflanzen an Phenolderivaten, Protein und/oder Proteinaseinhibitoren mit den Abwehrmechanismen in Zusammenhang gebracht. Diese Arbeit untersucht das Potential von Pflanzenproteinaseinhibitoren, als induzierbare Abwehr gegen herbivore Noctuidenlarven zu wirken.

Tomatenpflanzen enthalten Proteinaseinhibitoren (PIs), die durch Verletzen der Pflanze induziert werden. Es besteht die Hypothese, dass diese Synthese von PIs einen Abwehrmechanismus gegen blattfressende Insekten darstellt. Diese Hypothese ist niemals angemessen in planta getestet worden und wird von uns anhand von Spodoptera exigua und Tomatenpflanzen, Lycopersicon esculentum, getestet.

Weiterhin sollte festgestellt werden, ob eine Beziehung zwischen der PI‐Konzentration im Blatt und dem Wachstum von Blattmaterial fressenden Larven besteht. Anstelle lebender Pflanzen wurde dazu eine feste, Blattmaterial enthaltende Diat (15% gefriergetrocknetes Blattmaterial angemischt in Agarlösung und Sorbinsäure) benutzt, was die Verwending einer unverletzten Kontrolle ermöglichte. Diese künstliche Diat wurde S. exigua angeboten. Die Ergebnisse des Futterungsversuches (Fig. 2) zeigen, dass eine signifikante inverse Beziehung (r2 = 0.81, p = 0.05) zwischen der PI‐Konzentration im Blattgewebe und den mittleren Gewichten von Larven von S. exigua besteht. Nicht dargestellt ist die nicht signifikante Korrelation zwischen mittlerem Gewicht der Larven und den Gehalten an Blattprotein (r2 = 0.47, p > 0.25) und Phenolderivaten (r2 = 0.50, p = 0.25).

Diese Ergebnisse veranlassen uns zu dem Ruckschluss, dass Tomatenproteinaseinhibitoren als systemisch induzierbare antibiotische chemische Abwehr gegen herbivore Insekten wie Noctuidenlarven anzusehen sind, und dass PIs einen Faktor darstellen, der zur systemischen Reduktion der Blattqualitat von Tomaten führt.