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Sterile Insektentechnik Fruchtfliegen nachhaltig bekämpfen – per Farbstempel

Autor / Redakteur: Caroline Link* / Dr. Ilka Ottleben

Klein aber oho – Bohrfliegen, auch als echte Fruchtfliegen bekannt, verursachen weltweit jährlich Ernteeinbußen in Milliardenhöhe und sind damit einer der weltweit bedeutendsten Schädlinge im Landwirtschaftssektor. Neueste Forschungsergebnisse eines internationalen Forscherteams eröffnen nun neue Ansätze für Ihre nachhaltige Bekämpfung per steriler Insektentechnik. Die entscheidende Entdeckung: Ein Gen für die Färbung der Puppenhüllen.

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Die Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata und ihre weißen und braunen Puppen.
Die Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata und ihre weißen und braunen Puppen.
(Bild: Foto/Grafik: Roswitha A. Aumann und Marc F. Schetelig)

Gießen – Bohrfliegen, auch als echte Fruchtfliegen bekannt, gehören zu den weltweit bedeutendsten Schädlingen im Landwirtschaftssektor. Umweltfreundlich und speziesspezifisch bekämpft werden können sie mit der Sterilen Insektentechnik (SIT), einer Art „Geburtenkontrolle“ für Schadinsekten. Dabei werden sterile männliche Artgenossen in befallenen Gebieten ausgesetzt.

Um diese Methode besonders effektiv zu gestalten, sollten möglichst nur Männchen ausgesetzt werden. Männliche und weibliche Bohrfliegen lassen sich aber im Embryonal-, Larven- und Puppenstadium nicht voneinander unterscheiden. Nun hat ein internationales Forscherteam unter Federführung der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Marc F. Schetelig, Professur für Insektenbiotechnologie im Pflanzenschutz an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) das Gen entschlüsselt, das für die Färbung der Puppenhülle von Bohrfliegen codiert. Damit ist es nun möglich, Farbvarianten der Puppenhüllen in verschieden Spezies der Bohrfliegen gezielt und schnell zu erzeugen und in der Zukunft männliche und weibliche Puppen farblich zu unterscheiden.

Aufwind für SIT-Programme

„Das Wissen um die genetische Grundlage der Puppenhüllenfarbe bildet die Basis zur Etablierung von neuen effizienten SIT-Programmen und ist ein großer Erfolg für die nachhaltige und umweltfreundliche Schädlingskontrolle“, so die Co-Erstautorin der Studie Roswitha Aumann aus der Abteilung Insektenbiotechnologie im Pflanzenschutz an der JLU. „Durch ein Zusammenspiel von klassischer Genetik, ‚Next Generation‘-Sequenziertechniken, Bioinformatik und molekularbiologischen Methoden konnten wir eine über 20 Jahre andauernde Suche nach diesem Marker erfolgreich abschließen“, ergänzt Prof. Schetelig.

Ernteeinbußen in Milliardenhöhe durch echte Fruchtfliege

Die Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata und ihre weißen und braunen Puppen.
Die Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata und ihre weißen und braunen Puppen.
(Bild: Foto/Grafik: Roswitha A. Aumann und Marc F. Schetelig)

Bohrfliegen wie die Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata verursachen weltweit jährlich Ernteeinbußen in Milliardenhöhe. Die Weibchen dieser Spezies haben eine Legeröhre, mit der sie ihre Eier direkt in reifende Früchte ablegen. Diese werden dann von den kurz darauf schlüpfenden Larven von innen heraus aufgefressen.

Schon im Jahr 1977 fand man erstmals eine Mittelmeerfruchtfliege mit weißer Puppenhülle, und es gelang, einen Stamm aus dieser natürlichen Mutationsvariante zu generieren. Fast zehn Jahre später schafften Wissenschaftler*innen es schließlich, die Farbvariante mittels einer Chromosomentranslokation an das Y-Chromosom zu koppeln. Dadurch wiesen Weibchen weiße und Männchen braune Puppenhüllen auf. Es war dadurch möglich, Männchen und Weibchen in den Zuchtanlagen im Puppenstadium zu trennen, ein Verfahren, das auch als „Sexing“ bezeichnet wird.

Farbvarianten gezielt erzeugen

Varianten dieses ersten genetischen „Sexing“-Stamms der Mittelmeerfruchtfliege sind auch heute noch in den weltweit größten SIT-Programmen im Einsatz und tragen maßgeblich zu deren ökonomischer Effizienz bei. Aufgrund der unbekannten genetischen Grundlage der weißen Puppen blieb dieser Erfolg allerdings lange der Bekämpfung der Mittelmeerfruchtfliege vorbehalten, denn die Etablierung von „Sexing“-Stämmen in anderen Schadinsekten hing bislang von dem zufälligen Auftreten und Finden einer geeigneten Farbvariante ab.

„Durch die Entschlüsselung des kausalen Gens ist es nun möglich, solche Farbvarianten in neuen Spezies gezielt zu erzeugen“, so Prof. Schetelig. „Dies kann effektiv durch Genom-Editierung mittels CRISPR/Cas9 und ohne das Einbringen von Fremdgenen passieren, wie wir in unserer Studie zeigen konnten.“

Beteiligt an der Studie waren 24 Forscherinnen und Forscher aus Australien, Deutschland, Großbritannien, Kanada, Österreich, Tschechien und den USA. Das Großprojekt und die Erstautorin Roswitha A. Aumann wurden durch den HORT Frontiers Fruit Fly Fund (Hort Innovation/Macquarie University Sydney) und vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (HMWK) über das LOEWE-Zentrum für Insektenbiotechnologie (2017-2019) in der Gruppe von Prof. Dr. Marc F. Schetelig gefördert.

Originalpublikation: *Ward CM, *Aumann RA, et al. (2021) White pupae phenotype of tephritids is caused by parallel mutations of a MFS transporter. Nat Commun 12, 491. (* = co-first); DOI: 10.1038/s41467-020-20680-5, https://doi.org/10.1038/s41467-020-20680-5.

* C. Link: Justus-Liebig-Universität Gießen 35390 Gießen

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