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Schmarotzer Teufelszwirn mit Nutzen Frühwarnsystem vor Schädlingsbefall

| Autor / Redakteur: Angela Overmeyer* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Im Pflanzenreich gibt es zahlreiche Beispiele von Schmarotzern, die auf ihre Wirte einen positiven Einfluss haben. Der Teufelszwirn gibt beispielsweise Signale an seinen Wirt ab, wenn benachbarte Pflanzen von Schädlingen befallen werden, wie Max-Planck-Forscher jetzt entdeckt haben.

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In der Natur umschlingt der Teufelszwirn (Cuscuta australis) verschiedenste Pflanzenarten. Über das Geflecht der Schmarotzerpflanze werden auch nützliche Informationen über den Befall mit Schädlingen ausgetauscht.
In der Natur umschlingt der Teufelszwirn (Cuscuta australis) verschiedenste Pflanzenarten. Über das Geflecht der Schmarotzerpflanze werden auch nützliche Informationen über den Befall mit Schädlingen ausgetauscht.
(Bild: J. Zhang, Kunming Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Jena – Pflanzen der Gattung Cuscuta haben vielsagende Trivialnamen, wie Hexenseide oder Teufelszwirn. Sie sind so genannte Vollschmarotzer, wachsen also ohne Bodenkontakt auf ihren Wirtspflanzen, mit denen sie sich über Saugorgane verbinden und ihnen alle notwendigen Nährstoffe entziehen. Dabei befällt ein Teufelszwirn mehrere Pflanzen gleichzeitig und verbindet sie netzartig miteinander. Wissenschaftler um Jianqiang Wu vom Kunming Institut für Botanik in China und Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben jetzt die ökologische Bedeutung des Teufelszwirns genauer unter die Lupe genommen. Sie wollten wissen, ob der Teufelszwirn nicht nur das pflanzliche Versorgungssystem anzapft, sondern auch in die Kommunikation zwischen verschiedenen Pflanzen eingebunden ist.

„Wir wissen, dass Pflanzen über gasförmige Substanzen und unterirdische Pilznetzwerke miteinander kommunizieren können. Daher fragten wir uns, ob der Teufelszwirn bei Insektenbefall entsprechende Signale von Pflanze zu Pflanze überträgt, und wenn ja, ob diese Signale Verteidigungsbereitschaft vermitteln“, erläutert Jianqiang Wu, der am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie als Doktorand und anschließend Arbeitsgruppenleiter arbeitete und in China nun eine Max-Planck-Partnergruppe leitet.

Parasit mit unterschiedlichen Wirten

In der Landwirtschaft ist der Teufelszwirn als Schädling in der Futtermittelproduktion bekannt, denn er verursacht bedeutende wirtschaftliche Schäden beim Anbau von Luzerne und Klee. In China ist der parasitische Teufelszwirn für große Ernteeinbußen beim Anbau von Sojabohnen verantwortlich. Entsprechend nutzten die Forscher für Ihre Experimente Sojabohne; aber auch Ackerschmalwand, Tabak und wilde Tomate wurden paarweise oder in Gruppen über den Teufelszwirn verbunden. Für das Auslösen von Abwehrreaktionen wurden Raupen des weltweit verbreiteten Pflanzenschädlings Spodoptera litura auf eine der Pflanzen gesetzt.

Analyse des Transkriptom zeigt Signalübertragung

Durch die Analyse des Transkriptoms, also aller aktiven Gene in den Blättern der über den Teufelszwirn verbundenen Pflanzen mittels Sequenzierung („Gesamt-Transkriptom-Shotgun-Sequenzierung“), konnten die Forscher zeigen dass von Insekten befallene Pflanzen Signale über Teufelszwirn-Brücken an ihre Nachbarpflanzen weiterleiten. „Die Signalübertragung wurde offenkundig, da wir große Veränderungen im Transkriptom lokal befallener Blätter, aber auch nicht-befallener Blätter derselben Pflanze sowie von Blättern benachbarter Pflanzen ohne Befall beobachten konnten“, erklärt Erst-Autor Christian Hettenhausen, früher ebenfalls Mitarbeiter am Max-Planck-Institut in Jena. „Die Vermittlung von Verteidigungsbereitschaft über das Teufelszwirngeflecht hängt maßgeblich vom Pflanzenhormon Jasmonsäure ab. Wir konnten höhere Konzentration von Abwehrsubstanzen in kurzer Zeit über mehrere miteinander verbundene Pflanzen hinweg, sogar über größere Entfernungen nachweisen“, erklärt Jianqiang Wu die weiteren Ergebnisse. Die Übertragung der Warnsignale erfolgt sogar zwischen verschiedenen Pflanzenarten.

Arbeiten sollen auf weitere Schädlinge ausgedehnt werden

Die Forscher wollen die Signalübertragung zwischen Pflanzen mittels Parasitenbrücke nun weiter erforschen. Da in der vorliegenden Arbeit blätterfressende Raupen als Schädlinge eingesetzt wurden, möchten die Wissenschaftler untersuchen, ob stechende und saugende Insekten wie beispielsweise Blattläuse ein anderes Repertoire an Verteidigungssignalen auslösen, und wie diese wiederum vom Teufelszwirn übertragen werden. Außerdem möchten sie herausfinden, welche Substanzen für die Signalübertragung über den Teufelszwirn verantwortlich sind. Ian Baldwin fasst zusammen: „Ökologische Wechselbeziehungen in der Natur sind äußerst vielschichtig. So stiehlt ein Schmarotzer seinem Wirt wertvolle Nährstoffe, agiert aber auch als wichtiges Bindeglied, um Nachbarn zu warnen. Ob diese Warnung nur uneigennützig ist, müssen weitere Studien klären.“

Originalpublikation: Christian Hettenhausen, C., Li, J., Zhuang, H., Sun, H., Xu, Y., Qi, J., Zhang, J., Lei, Y., Qin, Y., Sun, G., Wang, L., Baldwin, I.T., Wu, J.; The stem parasitic plant Cuscuta australis (dodder) transfers herbivory-induced signals among plants. PNAS; 24 July, 2017

* *A. Overmeyer, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie,07745 Jena

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