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Wenn Schädlinge mit ihrer eigenen Waffe geschlagen werden
Ein erfolgreicher Schädling
Mit einem raffinierten Selbstverteidigungsmechanismus kann sich der Maiswurzelbohrer gegen Angriffe der parasitischen Fadenwürmer wehren. Die Larven des Maiswurzelbohrers entnehmen aus Maiswurzeln, ihrer Hauptnahrungsquelle, bestimmte Abwehrstoffe, sogenannte Benzoxazinoide, und speichern diese in ungiftiger Form ab. Sie können die Stoffe aber wieder in ihren toxischen Formen abgeben, sobald sie von ihren natürlichen Fressfeinden angegriffen werden. Mit den Benzoxazinoiden unterdrücken die Maiswurzelbohrer-Larven das Wachstum der pathogenen Bakterien der Fadenwürmer. Diese Bakterien produzieren ein Arsenal von Immunsuppressoren, Verdauungsproteinen und Metaboliten, die die befallene Larve des Maiswurzelbohrers abtöten und es den Fadenwürmern ermöglichen, sich zu vermehren. Indem die Larven des Maiswurzelbohrers durch den Einsatz von Benzoxazinoiden das Wachstum genau dieser Bakterien unterdrücken, erhöhen sie die Wahrscheinlichkeit, einen Angriff des Fadenwurms zu überleben.
Wie die Bakterien den Abwehrstoffen widerstehen
Wir übertrugen dann die resistenten Bakterien auf ihre ursprünglichen parasitären Fadenwurm-Wirte und prüften, ob das neu entstandene Symbiose-Paar weitere Larven des Maiswurzelbohrers tötete – was wir tatsächlich beobachteten!», sagt Prof. Matthias Erb vom IPS, der das Forschungsprojekt hinter dieser Studie leitet.
Dank einer Zusammenarbeit mit Prof. Helge Bode vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Goethe-Universität Frankfurt und Prof. Siegfried Hapfelmeier vom Institut für Infektionskrankheiten (IFIK) der Universität Bern im Rahmen der Interfakultären Forschungskooperation One Health konnten die Forschenden auch den genetischen Mechanismus identifizieren, der es bestimmten Bakterien ermöglicht, eine Resistenz gegen Benzoxazinoide zu aufzubauen. «Diese Studie zeigt, wie wir ein vertieftes Verständnis der Auswirkungen der Pflanzenchemie auf die Nahrungsketten nutzen können, um neue Lösungen für eine nachhaltige Landwirtschaft zu entwickeln,» sagt Matthias Erb. «Die Studie zeigt zudem auch das grosse Potenzial der interdisziplinären und fakultätsübergreifenden Zusammenarbeit.»
Von der Grundlagenwissenschaft zur nachhaltigen Landwirtschaft
Die Ergebnisse der Studie sind besonders relevant für die biologische Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft. «Wir haben einen experimentellen Ansatz entwickelt, der zur Verbesserung eines breiten Spektrums von biologischen Bekämpfungsmitteln eingesetzt werden kann. Solche Strategien sind unerlässlich, wenn wir den Pestizideinsatz in der Landwirtschaft reduzieren wollen», erklärt Ricardo Machado. Aufgrund dieser vielversprechenden Ergebnisse haben die Forschenden von der Gebert Rüf Stiftung eine Finanzierung erhalten, um auf die Entwicklung verbesserter biologischer Bekämpfungsmittel für die Anwendung im Feld. «Wir freuen uns sehr darauf, unseren Ansatz in einem landwirtschaftlich realistischen Feldumfeld zu testen und langfristig zu einem nachhaltigeren, pestizidfreien Pflanzenbau beizutragen», sagt Machado.
Angaben zur Publikation:
Machado RAR, Thönen L, Arce CCM, Theepan V, Prada F, Wüthrich D, Robert CAM, Vogiatzaki E, Shi YM, Schaeren OP, Notter M, Bruggmann R, Hapfelmeier S, Bode HB, Erb M. 2020. Engineering bacterial symbionts of nematodes improves biological control potential against the western corn rootworm. Nature Biotechnology (2020). https://doi.org/10.1038/s41587-020-0419-1.
Weitere Publikationen im Zusammenhang:
Zhang, Xi, et al. Plant defense resistance in natural enemies of a specialist insect herbivore. Proceedings of the National Academy of Sciences 116.46 (2019): 23174-23181.
Robert, Christelle AM, et al. Sequestration and activation of plant toxins protect the western corn rootworm from enemies at multiple trophic levels. Elife 6 (2017): e29307.
Hu, L. et al. Plant iron acquisition strategy exploited by an insect herbivore. Science 361.6403 (2018): 694-697.
Informationen über das von der Gebert Rüf Stiftung unterstützte Folgeprojekt:
https://www.grstiftung.ch/en/media/portfolio~grs-079-19~.html
Die Interfakultäre Forschungskooperation «One Health»
Die Interfakultäre Forschungskooperation (IFK) «One Health» untersucht, wie Umweltchemikalien die Gesundheit von Böden, Pflanzen, Tieren und Menschen beeinflussen. In enger Zusammenarbeit untersuchen und quantifizieren 9 Forschungsgruppen aus den Naturwissenschaftlichen, der Vetsuisse und der Medizinischen Fakultät der Universität Bern die Auswirkung von Pestiziden, Schwermetallen und Pflanzenabwehrstoffen auf mikrobiotische Gemeinschaften an den Schnittstellen zwischen Böden, Pflanzen, Tieren und Menschen. Der interdisziplinäre Ansatz soll dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich Umweltveränderungen auf die Gesundheit von Nahrungsketten auswirken.
Die IFK One Health verbindet die strategischen Themenschwerpunkte «Nachhaltigkeit» und «Gesundheit und Medizin» der Universität Bern und fördert die interdisziplinäre Forschung zu einem hochaktuellen Thema in den Biowissenschaften und den angrenzenden Fachgebieten.