Wird eine Pflanze von Fressfeinden bedroht, ist sie ihnen in vielen Fällen nicht wehrlos ausgeliefert. Pflanzen wie Tomaten, Mais und Tabak wehren sich mit einem chemischen Abwehrprogramm gegen Schädlinge: Sobald sie Fraßschäden an ihren Blättern registrieren, kommt es zu einer Signalkaskade, die je nach Pflanze zum Beispiel dazu führt, dass sie verstärkt Giftstoffe produziert oder Duftstoffe ausschüttet, die entweder die Schädlinge vergraulen oder deren Fressfeinde zu der befallenen Pflanze locken. Dabei spielt unter anderem das Pflanzenhormon Jasmonsäure eine Rolle. Die genauen Mechanismen sind allerdings in vielen Fällen noch nicht bekannt.
Abwehrmechanismus aufgeklärt
Ein Team um Yuechen Bai vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat nun im Detail untersucht, wie sich Koyotentabak (Nicotiana attenuata) gegen Zikaden wehrt. In der Heimat des Koyotentabaks im Südwesten der USA werden manche der Pflanzen regelmäßig von Zikaden befallen, die sich vom Pflanzensaft ernähren und so schwere Schäden verursachen. Andere hingegen scheinen gegen den Schädling resistent zu sein. Bereits in früheren Studien hatten die Forscher gezeigt, dass Zikaden bevorzugt solche Pflanzen besiedeln, bei denen der Jasmonsäure-Signalweg nur schwach ausgeprägt ist. „Allerdings war zu diesem Zeitpunkt noch unbekannt, welche spezifischen durch Jasmonsäure ausgelösten Abwehrmechanismen für die Resistenz gegenüber den Zikaden verantwortlich sind“, erklärt Co-Autor Dapeng Li von der Universität Straßburg.
Um den Mechanismen auf die Spur zu kommen, kreuzten die Forscher nach einem festgelegten Schema 26 Elternpflanzen, die einen großen Teil der natürlich vorkommenden genetischen Variation abbilden. Die auf diese Weise gezüchteten Pflanzen pflanzten sie in ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet in Arizona aus und beobachteten, inwieweit sie von Zikaden befallen wurden. Anhand der Stärke des Befalls konnten sie darauf schließen, welche genetischen Grundlagen zu einer Resistenz beitragen.
Neu entdeckte Substanz tötet Zikaden
Zusätzlich analysierten sie, welche chemischen Veränderungen der Kontakt mit saugenden Zikaden in den Pflanzen auslöst und welche Gene aktiviert werden. Dabei stießen sie auf eine vormals unbekannte chemische Substanz, der sie den Namen CPH gaben. Um herauszufinden, ob diese tatsächlich der Schädlingsabwehr dient, fütterten sie einige Zikaden im Labor mit einer Zuckerlösung, die sie mit CPH versetzt hatten – und tatsächlich: die Substanz tötete die Zikaden innerhalb weniger Stunden. Um herauszufinden, welche Stoffwechselwege an der Produktion von CPH beteiligt sind, veränderten Bai und seine Kollegen bei einigen Pflanzen gezielt bestimmte Gene, die für die Signalübertragung bei der Abwehrreaktion wichtig sind.
