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Originalpublikation

Zhou, W., Kügler A., McGale, E., Haverkamp, A., Knaden, M., Guo, H., Beran, F., Yon, F., Li, R., Lackus, N., Köllner, T. G., Bing, J., Schuman, M. C., Hansson, B. S., Kessler, D., Baldwin, I. T., Xu, S.
Tissue-specific emission of (E)-α-bergamotene helps resolve the dilemma when pollinators are also herbivores.

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Der Tabakschwärmer ist ein wichtiger Bestäuber des Wilden Tabaks. Gleichzeitig schlüpfen aber hungrige Raupen aus den Eiern, die die Motte auf den Blättern ablegt. Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat jetzt ein Gen im Wilden Tabak beschrieben, das der Pflanze bei der Lösung dieses Dilemmas hilft. Das Gen NaTPS38 steuert die Bildung von (E)-α-Bergamoten. Während der Nacht bilden die Blüten diesen Duft und sind so für Tabakschwärmermotten besonders attraktiv. Tagsüber aktiviert das gleiche Gen die Bildung von (E)-α-Bergamoten in den Blättern, das diesmal allerdings Raubwanzen anlockt, die gerne die Raupen und Eier des Tabakschwärmers verspeisen.
Eine <em>Geocoris</em>-Raubwanze greift eine frisch geschlüpfte Tabakschwärmerraupe an. Bei Raupenbefall geben Tabakblätter am Tag (E)-α-Bergamoten ab, das die Feinde der Raupen anlockt. Bild vergrößern
Eine Geocoris-Raubwanze greift eine frisch geschlüpfte Tabakschwärmerraupe an. Bei Raupenbefall geben Tabakblätter am Tag (E)-α-Bergamoten ab, das die Feinde der Raupen anlockt. [weniger]

Blütenpflanzen sind auf Pollenüberträger angewiesen, um sich fortzupflanzen. Was aber tut eine Pflanze, wenn die von süßem Blütenduft angelockten Bestäuber ihre Eier auf der Pflanze ablegen und aus diesen dann gefräßige Raupen schlüpfen?

Wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie jetzt herausfanden, trägt das Gen NaTPS38 im Kojotentabak Nicotiana attenuata maßgeblich dazu bei, dieses Dilemma zu lösen. NaTPS38 reguliert die Bildung einer aromatischen Verbindung, des Sesquiterpens (E)-α-Bergamoten, sowohl in den Blüten als auch in den Blättern. „Wir konnten beobachten, dass die Blüten des wilden Tabaks während der Nacht (E)-α-Bergamoten abgeben, um mit diesem Duft Tabakschwärmer-Motten (Manduca sexta) zum Verweilen an den Blüten zu bewegen und erfolgreich bestäubt zu werden. Tagsüber lockt die Emission derselben Verbindung durch angefressene Tabakblätter Raubwanzen an, die sich von den kleinen Tabakschwärmer-Raupen ernähren. Der Duft  ist also nicht nur für Bestäuber attraktiv, er dient auch der indirekten Verteidigung“, fasst Erstautor Wenwu Zhou zusammen. Auf diese Weise sorgt die gewebespezifische Bildung eines bestimmten Duftstoffs dafür, dass die Tabakpflanze aus ihrer Abhängigkeit vom Tabakschwärmer das Beste macht.

Gen-Verdopplung ermöglicht Bildung neuer Substanzen

Ein Tabakschwärmer saugt in der Nacht mit seinem Saugrüssel Nektar aus der Blüte des Kojotentabaks. Auf dem Saugrüssel befinden sich Sinneszellen, die auf den Blütenlockstoff (E)-α-Bergamoten ansprechen. Bild vergrößern
Ein Tabakschwärmer saugt in der Nacht mit seinem Saugrüssel Nektar aus der Blüte des Kojotentabaks. Auf dem Saugrüssel befinden sich Sinneszellen, die auf den Blütenlockstoff (E)-α-Bergamoten ansprechen. [weniger]

Obwohl NaTPS38 eher einer Monoterpen-Synthase ähnelt, ist es für die Bildung von (E)-α-Bergamoten verantwortlich, das zur Substanzklasse der Sesquiterpene gehört. Da für deren Bildung normalerweise sogenannte Sesquiterpen-Synthasen zuständig sind, tanzt das Gen daher aus der Reihe. Bei der Analyse der evolutionären Geschichte von NaTPS38 stellten die Wissenschaftler fest, dass es das Resultat der Verdopplung einer Monoterpen-Synthase ist, das anschließend die Fähigkeit entwickelt hat, das Sesquiterpen (E)-α-Bergamoten zu bilden. Dieser einzigartige evolutionäre Prozess fand vor der Auseinanderentwicklung der verschiedenen Arten von Nachtschattengewächsen statt, zu denen auch der Tabak gehört.

Die Tatsache, dass ein einzelnes Tabak-Gen über eine gewebespezifische Duftstoffproduktion sowohl Bestäubung als auch Verteidigung vermittelt, ist ein Beispiel für ein Phänomen, das ökologische Pleiotropie genannt wird. „Es häufen sich Hinweise, dass ökologische Pleiotropie in Pflanzen sehr häufig vorkommt. Unsere Arbeit zeigt, dass Wechselwirkungen zwischen einzelnen ökologischen Faktoren, wie beispielsweise Bestäubern und Fraßfeinden, wichtig für die Evolution von Pflanzen sind. Dennoch wissen wir bislang viel zu wenig darüber, wie sich diese Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Umwelteinflüssen auf die Anpassung von Pflanzen an ihre Umgebung auswirken“, erläutert Shuqing Xu. Die Wissenschaftler entwickeln daher jetzt einen neuen Forschungsansatz, der diese Fragen systematisch untersuchen soll. 

AO/KG/HR

 
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