Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena erforscht die Rolle, Vielfalt und Eigenschaften von chemischen Signalen, die die Interaktionen zwischen Organismen und ihrer Umwelt steuern. Um das komplexe System der chemischen Kommunikation zu verstehen, arbeiten am Institut Wissenschaftler aus den Bereichen Ökologie, Biochemie, organische Chemie sowie Insektenkunde und -physiologie zusammen. Im Mittelpunkt ihrer Forschung steht dabei die Ko-Evolution von Pflanzen und Insekten. Ihre zumeist ortsgebundene Lebensweise zwingt Pflanzen zu effektiven Strategien, um die Ausbreitung der eigenen Nachkommenschaft zu gewährleisten sowie sich vor Fraßfeinden und Krankheitserregern zu schützen. Dabei entwickeln sie eine Fülle chemischer Signalstoffe, die ihnen eine optimale Anpassung an ihre jeweilige Umwelt ermöglichen. Diese Allelochemikalien werden beispielsweise eingesetzt, um Bestäuber anzulocken, Pflanzenfresser und Krankheitserreger zu bekämpfen oder unliebsame Konkurrenten fernzuhalten. Die Pflanzen synthetisieren Mischungen organischer Substanzen, die fraßhemmende bzw. toxische Wirkungen auf Pflanzenfresser besitzen. Im Gegenzug passen sich Insekten, die Pflanzen fressen, daran an und versuchen ihrerseits, die Verteidigung der Pflanzen auszuschalten.

Kontakt

Hans-Knöll-Straße 8
07745 Jena
Telefon: +49 3641 57-0
Fax: +49 3641 57-1002

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS "The Exploration of Ecological Interactions with Molecular and Chemical Techniques"

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
Schildkäfer benötigen ein symbiotisches Bakterium für den Abbau pflanzlicher Zellwände mehr
Essensgeruch macht Fliegenmännchen attraktiv
Wenn Fliegenweibchen ihre bevorzugte Nahrungsquelle riechen, verstärkt sich ihre Empfänglichkeit gegenüber werbenden Männchen mehr
Der unwiderstehliche Geruch kranker Taufliegen
Bakterien sorgen dafür, dass die Insekten größere Mengen an Sexuallockstoffen bilden, um ihre Artgenossen anzulocken und anzustecken mehr
Teufelszwirn: Parasit und Alarmüberträger
Wirtspflanzen nutzen parasitisches Netzwerk für die Weitergabe von Warnsignalen vor gefräßigen Insekten mehr
Neue Wege in der Talentförderung
Max-Planck-Präsident Stratmann unterstreicht, wie wichtig eine effektive Nachwuchsförderung für die eigene Forschungsorganisation und das deutsche Wissenschaftssystem ist mehr
Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
Bakterielle Symbionten im Rollenwechsel zwischen Pflanzenschädling und Insektenbeschützer mehr
Bergamoten – Verlockung und Verhängnis für Tabakschwärmer
Der Duftstoff lockt nachts Falter zur Bestäubung an, tagsüber schützt er Tabakpflanzen dagegen vor den gefräßigen Raupen der Falter mehr
Raupen: Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
Symbiotische Darmbakterien produzieren ein Antibiotikum, das gefährliche Krankheitserreger im Raupendarm ausschaltet mehr
Glomeruli im Riechhirn besitzen einzigartige Struktur
Verschaltungseinheiten aus Riechsinneszellen im Fliegenhirn lassen Rückschlüsse auf ihre Funktion und ökologische Relevanz zu mehr
Der Lockruf des Kots

Der Lockruf des Kots

Meldung 15. September 2016
Essigfliegen geben mit ihren fäkalen Ausscheidungen auf Früchten Sexualduftstoffe ab, die ihre Artgenossen zum Essen einladen mehr
Motte nutzt die Abwehrstoffe von Physalis-Früchten
Die Beeren stärken das Immunsystem der auf Physalis spezialisierten Motte Heliothis subflexa mehr
Tabakschwärmer prüfen Blüten mit zweiter Nase
Mit Riechzellen auf der Spitze des Saugrüssels erkennen die Motten am Duft, ob sich der Blütenbesuch lohnt mehr
Geruch führt Tabakschwärmer zur besten Blüte
Max-Planck-Wissenschaftler zeigen, dass die Nachtfalter die zu ihrer Rüssellänge passenden Blüten am Duft erkennen und so ihren Energiegewinn optimieren mehr
Stabschrecken können schwerverdauliches Pflanzenmaterial verspeisen
Max-Planck-Forscher weisen erstmals in Tieren Enzyme nach, die mehrere Zellwandbestandteile von Pflanzenzellen abbauen können mehr
Löwenzahn schützt sich mit Latex vor Maikäfer-Larven
Eine einzelne Substanz im Latex-Saft der Pflanze hält Wurzelschädlinge fern mehr
In jeder Kohlpflanze tickt eine Bombe, eine Senfölbombe. Für viele Insekten ist die Pflanze deshalb ungenießbar. Franziska Beran vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena weiß inzwischen jedoch, wie Insekten diese Gefahr entschärfen können: Kohlerdflöhe zum Beispiel überlisten die Verteidigungswaffe der Pflanzen und setzen sie sogar zum eigenen Schutz ein.
Bakterien sind Individuen, die immer autonom funktionieren? Falsch, sagt Christian Kost vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Seiner Meinung nach sind Bakterien vielmehr Organismen, die oft gar nicht anders können als zu kooperieren. Das Team zeigt das mithilfe trickreicher Experimente.
Im Gewächshaus des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena scheint auch an trüben Tagen die Sonne: 520 Hochleistungsleuchten mit Assimilations-Natriumdampflampen sorgen dafür, dass die Pflanzen ausreichend Licht bekommen und die Spektralverteilung für die Fotosynthese stimmt. Um eine gleichmäßige Bestrahlung wie bei natürlichem Tageslicht zu simulieren, fahren die Lampen automatisch auf Schienen hin und her. Auch die Klimatisierung erfolgt computergesteuert – das ganze Jahr über herrschen hier sommerliche, aber nicht zu hohe Temperaturen. Auf der Hälfte der 474 Quadratmeter umfassenden Anzuchtfläche wächst in der Regel Kojotentabak (Nicotiana attenuata), die wichtigste Modellpflanze des Instituts. Doch das Gewächshaus hat neben Raps, Erbsen und Pappeln auch exotischere Bewohner zu bieten: schädlingsresistente Bananen, Noni-Bäume und fleischfressende Kannenpflanzen. Letzteren gilt das Interesse von Ayufu Yilamujiang. Er untersucht die genaue Zusammensetzung der Kannenflüssigkeit, mit der die Pflanzen gefangene Insekten verdauen. Fleischfressende Pflanzen wachsen auf nährstoffarmen Böden, zusätzliche Nahrung erhalten sie aus ihrer tierischen Beute, hauptsächlich Insekten. Dazu haben sie spezielle Fang- und Verdauungsmechanismen entwickelt. Im Fall der Kannenpflanzen lockt süßer Nektar die Insekten an den Rand der Kannen, die im Prinzip umgeformte Blätter sind. Am Kannenrand rutschen die Tiere ab und stürzen in die Verdauungsflüssigkeit hinein. Auch im Gewächshaus findet sich das ein oder andere Beutetier für die Kannenpflanzen, denen gelegentlich Schädlinge und ab und zu auch ein zu deren Bekämpfung eingesetzter Nützling – etwa eine Schlupfwespe – zum Opfer fallen. Für Experimente unter kontrollierten Bedingungen füttern die Wissenschaftler die Kannenpflanzen mit Fruchtfliegen.
Viele Insekten sind auf die Unterstützung von Bakterien angewiesen. Die Mikroorganismen produzieren Überlebenscocktails für ihre Larven, helfen beim Abbau schwer verdaulicher Kost oder liefern lebenswichtige Vitamine. Martin Kaltenpoth und sein Team vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena entlocken den Symbiosen zwischen Insekt und Mikrobe verblüffende Details.
Dass das GPS der Wüstenameise neben Sonnenkompass, Wegintegrator und optischen Land marken auch den Geruchssinn zum Auffinden des Nestes nutzt, ist neu. Noch erstaunlicher aber ist, dass die Tiere dabei die Verteilung verschiedener Düfte in der Nestumgebung lernen und wie eine Landkarte einsetzen. Markus Knaden und sein Team vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben sich auf Spurensuche im Ameisenland begeben.
Wie schaffen es Taufliegen eigentlich, innerhalb kürzester Zeit eine Obstschale oder ein mit süffigem Rotwein gefülltes Glas ausfindig zu machen? Die Forscher um Bill Hansson am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena wollen dem Geruchssystem der kleinen Fliege mit ausgefeilter Messtechnik auf die Spur kommen, dabei misst ihr Untersuchungsobjekt kaum mehr als einen halben Millimeter.
Gegen Fraßfeinde setzen Pflanzen ein vielfältiges Arsenal von Signalstoffen ein. Mit diesen leisen Strategien beschäftigten sich Forscher auf einem Kongress in Jena.
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Die Bildung von Terpenpheromonen in Blattkäfern

2017 Köllner, Tobias G.; Beran, Franziska
Pflanzenforschung Ökologie
Einige Blattkäferarten benutzen flüchtige Terpene, um Artgenossen zu einer ergiebigen Futterquelle zu locken. Das dadurch ausgelöste massenhafte Auftreten der Käfer führt oft zu erheblichen Schäden in der Land- und Forstwirtschaft. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass in Flohkäfern, einer Untergruppe der Blattkäfer, eine neue Familie von Terpensynthasen für die Bildung der flüchtigen Terpene verantwortlich ist. Das Wissen um die Biosynthese dieser Terpene kann helfen, neue Strategien im Kampf gegen Schadinsekten zu entwickeln. mehr

Die Evolution früher Abwehrsignale des Tabaks nach Insektenbefall

2017 Xu, Shuqing; Baldwin, Ian T.
Pflanzenforschung Ökologie

Insektenfraß löst in Pflanzen frühe Abwehrsignale aus, die ein Netzwerk von Verteidigungsmechanismen aktivieren, um die Pflanze vor weiterem Befall zu schützen. Allerdings können diese die Überlebensfähigkeit von Pflanzen beeinträchtigen, da sie Ressourcen verbrauchen, die an anderer Stelle eingespart werden müssen. Daher brauchen Pflanzen ein Signalnetzwerk, das die Reaktion auf den Insektenbefall reguliert. Phylogenomische Analysen an wilden Tabakarten (Nicotiana spp.) deuten darauf hin, dass eine Genomvervielfältigung die Evolution früher Abwehrsignale in Pflanzen entscheidend geprägt hat.

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Zur Chemie der Blüten und ihrer ökologischen Rolle 

2016 Schneider, Bernd
Pflanzenforschung Ökologie

Als reproduktive Organe tragen Blüten zur Erhaltung und Verbreitung der jeweiligen Pflanzenart bei. Die dafür erforderliche visuelle und olfaktorische Kommunikation mit den Bestäubern erfolgt über Blütenfarbstoffe und das Duftbouquet der Blüten. In beiden Fällen sind chemische Verbindungen die Informationsträger. Die Bestäuber werden für ihre Dienste mit Nektar und Pollen belohnt, deren chemische Bestandteile – Zucker, Proteine und Lipide – als Nahrung dienen. Die qualitative und quantitative chemische Analyse der verschiedenen Blütenbestandteile ist eine der Aufgaben der chemischen Ökologie.

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Wie Insektenfraß Blätter zum Leuchten bringt

2016 Mithöfer, Axel; Boland, Wilhelm
Pflanzenforschung Ökologie

Calciumionen (Ca2+) sind wichtige interzelluläre sekundäre Botenstoffe in Signalnetzwerken von Pflanzen. Nach Fraßschäden öffnen sich spezifische Ionenkanäle und es kommt zu einem schnellen, vorübergehenden Anstieg des cytoplasmatischen Ca2+-Levels. Diese erhöhten Levels können mit biolumineszentem Aequorin verfolgt werden: Es bindet spezifisch Ca2+ und beginnt zu leuchten. Dieses Signal wandert mit ca. 1 bis 2 cm/min durch das direkt verbundene vaskuläre System und korrespondiert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Raupenfraß-induzierten elektrischen Signalen.

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Die Oberflächenchemie von Pflanzen und Insekten sichtbar machen

2015 Svatoš, Aleš
Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Genetik Mikrobiologie Neurobiologie Pflanzenforschung Ökologie

Die bildgebende Massenspektrometrie mit MALDI (Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation) kann Oberflächenchemie sichtbar machen. Sie ermöglicht es, Senfölglycoside auf Pflanzenblättern zu lokalisieren, was Hinweise auf das Eiablageverhalten weiblicher Motten liefert. Auch die räumliche Verteilung fettsäureabgeleiteter Botenstoffe auf der Außenhaut von Fruchtfliegen konnte nachgewiesen und mit den Funktionen abgeglichen werden. Das Verfahren kann auch dazu dienen, weitere Stoffklassen auf Oberflächen zu untersuchen und so die chemische Kommunikation zwischen Organismen zu verstehen.

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Die Evolution des Geruchssinnes bei Insekten

2015 Große-Wilde, Ewald; Hansson, Bill S.
Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Genetik Neurobiologie Ökologie

Der Geruchssinn ist für die meisten Insekten von zentraler Bedeutung. Bisher hat man angenommen, dass die wichtigste, ihm zugrunde liegende Rezeptorfamilie, die sogenannten olfaktorischen Rezeptoren, in der Evolution im Zuge des Landganges entstanden ist. Neueste Untersuchungen an flügellosen Insekten haben nun aber gezeigt, dass dies nicht der Fall ist. Wahrscheinlich war der entscheidende Faktor nicht der Landgang, sondern der Flug: Fliegende Insekten müssen Duftfahnen in weit höherer Geschwindigkeit auflösen können, wofür die älteren Rezeptorfamilien wahrscheinlich nicht ausreichten.

 

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Welche Form der Diversität bestimmt die Dienstleistungen im Ökosystem: die Vielfalt von Funktionen oder die Arten-Vielfalt?

2014 Meldau, Stefan; Schuman, Meredith C.; Backmann, Pia; Alhammoud, Nour; Kallenbach, Mario; Kellmann, Jan-W.; Baldwin, Ian T.
Genetik Pflanzenforschung Ökologie

Um zukünftig zehn Milliarden Menschen zu ernähren, werden Gebiete hoher Biodiversität durch landwirtschaftliche Monokulturen verdrängt. Biodiversität aber ist mit der natürlichen Produktivität und Stabilität von Ökosystemen verknüpft. Bisher konzentrierte sich die Forschung zur Biodiversität nur auf die taxonomische Vielfalt, ohne dabei den Beitrag der Vielfalt von Funktionen zu quantifizieren. Eine neue Projektgruppe am MPI für chemische Ökologie untersucht nun die Rolle funktioneller Diversität mithilfe von über 300 funktionell unterschiedlichen, genetisch fast identischen Pflanzen.

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Die Evolution der sexuellen Kommunikation von Motten

2014 Groot, Astrid T.; Heckel, David G.
Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Genetik Ökologie

Mottenweibchen produzieren artspezifische Pheromone und locken damit Männchen an. Kleinste Änderungen des Dufts sowie die Neigung von Männchen, einem veränderten Geruch zu folgen, führt zu vermindertem Paarungserfolg und sollte daher negativ selektiert werden. Somit stehen wir vor einem Rätsel: Wie konnten sich trotz starker Selektion unterschiedliche Lockstoffe bei verschiedenen Mottenarten entwickeln? Neue Studien geben Aufschluss: Genetische Variation kann sogar innerhalb einer Art bestehen. Zum Teil ist diese auch für die Evolution von Unterschieden zwischen Arten verantwortlich.

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Symbiotische Bakterien verteidigen Bienenwölfe

2013 Kaltenpoth, Martin
Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Genetik Mikrobiologie Ökologie

Symbiosen sind allgegenwärtig und für das Überleben von Tieren und Pflanzen von größter Bedeutung. Eine Gruppe von Grabwespen, die Bienenwölfe, schließt einen erstaunlichen Verteidigungspakt mit Bakterien: Durch die Produktion eines Cocktails aus Antibiotika schützen die Symbionten den Wespen-Nachwuchs im unterirdischen Kokon gegen Schimmelpilze und Bakterien. Dafür bietet der Bienenwolf den Partnern in seinen Antennen freie Kost und Logis. Diese Symbiose ist bereits in der Kreidezeit entstanden und könnte eine Schlüsselanpassung für den evolutionären Erfolg der Bienenwölfe gewesen sein.

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Verteidigungsstrategien der Gemeinen Fichte bei Borkenkäferbefall

2013 Schmidt, Axel; Hammerbacher, Almuth; Nagel, Raimund; Gershenzon, Jonathan
Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Genetik Mikrobiologie Pflanzenforschung Ökologie
Der Befall der Gemeinen Fichte durch den Borkenkäfer und den mit ihm assoziierten Blaufäulepilz ist mit großen ökologischen und ökonomischen Schäden verbunden. Allerdings wird immer wieder festgestellt, dass einzelne Bäume gegenüber dem Schädling resistent sind, was wahrscheinlich an den Sekundärmetaboliten liegt, die als Abwehrreaktion auf den Befall im Baum eingelagert werden. Sowohl Terpene, die die Hauptbestandteile des Harzes bilden, als auch polyphenolische Verbindungen könnten in einem genau abgestimmten Wechselspiel für die Abwehr und letztendlich die Resistenz verantwortlich sein. mehr

Mikroanalyse von spezialisierten Naturstoffen

2012 Schneider, Bernd
Chemie Pflanzenforschung Ökologie
Das Vorkommen von spezialisierten Naturstoffen in einzelnen Zellen oder in bestimmten Zelltypen von Pflanzen und anderen Organismen, die Zusammensetzung des dort vorliegenden Metabolitengemisches sowie zeitliche Konzentrationsänderungen sind wegen der winzigen Stoffmengen oft eine Herausforderung für die chemische Analytik. Magnetresonanz-spektroskopische Methoden können trotz moderater Empfindlichkeit eingesetzt werden, um die räumliche und zeitliche Stoffverteilung präzise zu ermitteln. Dies gelingt besonders dann, wenn sie in Kombination mit der Laser-Mikrodissektion angewandt werden. mehr

Blattkäferlarven: Wirtspflanzenwechsel verändert Giftcocktail

2012 Boland, Wilhelm
Evolutionsbiologie Pflanzenforschung Ökologie
Larven des Blattkäfers Chrysomela lapponica leben auf Weiden oder Birken und nutzen chemische Verbindungen aus der Pflanze zur Produktion ihrer Abwehrgifte. Weidenkäfer produzieren aus Salicin den giftigen Salicylaldehyd. Birkenkäfern aber fehlt der Aldehyd, denn Birken haben kein Salicin; dies hat im Laufe der Evolution bei den Birkenbewohnern zum Verlust der katalytischen Aktivität des Aldehyd bildenden Enzyms, der Salicyl-Alkohol-Oxidase, geführt. Die Assoziation von Blattkäferpopulationen mit einer bestimmten Wirtspflanze kann als der Beginn einer Artenbildung betrachtet werden. mehr
Die Visualisierung biologischer Proben ermöglicht es, die Verteilung von Zellen und Organellen zu erkennen und so die Prinzipien des Lebens besser zu verstehen. Viele Methoden basieren auf Mikroskopie und Markierungstechniken; die abgebildeten Elemente erscheinen deshalb nur indirekt und ihre Spezifikation bleibt verborgen. Massenspektrometrisches Imaging (MSI) hingegen liefert direkte Information, basierend auf der Masse der Moleküle und auf aus CID-Spektren gewonnenen Strukturdaten. Die räumliche Kartierung sekundärer Metabolite konnte bereits Fragen aus der chemischen Ökologie beantworten.
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Täuschende Schönheiten

2011 Hansson, Bill S.
Evolutionsbiologie Pflanzenforschung Ökologie
Mit chemischen Tricks täuschen Aronstabgewächse und Orchideenblüten den Geruchssinn fliegender Insekten, um fremden Pollen zu empfangen und eigenen Pollen an benachbarte Blüten weiterzugeben. Dazu imitieren die Pflanzen beispielsweise die Duftstoffe gärender Hefe, um Fruchtfliegen anzulocken, oder weibliche Sexuallockstoffe, um Insektenmännchen als Bestäuber zu missbrauchen und am Ende sogar ohne Belohnung zu entlassen. Die Aufklärung der chemischen Botenstoffe und ihrer Wirkung erlaubt neue Einblicke in die Ökologie und Ko-Evolution von Pflanzen und Insekten. mehr

Wie können Pflanzen blattfressende Insekten erkennen und abwehren?

2010 Bonaventure, Gustavo; Baldwin, Ian Thomas
Pflanzenforschung Ökologie
Fraßfeinde zu erkennen und auf sie zu reagieren, ruft eine Pflanzen-Immunität hervor, die ein Überleben in der Natur ermöglicht. Dieser Prozess besitzt die Fähigkeit, Signale des Schädlings zu erkennen, diese Information an gesunde Gewebe weiterzuleiten, um zukünftige Verwundung zu antizipieren. So wird eine Verteidigung eingeleitet, die die Vitalität des Angreifers reduziert und Mechanismen aktiviert, die der Pflanze eine Toleranz erlauben. Einer dieser Erkennungsmechanismen nutzt Moleküle, die vom Insekt stammen und die auf Pflanzenzellen wirken, während die Insektenlarve am Blatt frisst. mehr

Herbivore Insektenlarven: Verdauung und Immunität

2010 Heckel, David G.; Freitak, Dalial; Pauchet, Yannick; Vogel, Heiko
Ökologie
Pflanzenfressende Insekten begegnen in ihrer Umgebung vielen unterschiedlichen Stressfaktoren. Ihr Verdauungssystem muss mit Giften fertig werden, die von Wirtspflanzen zur Verteidigung gegen Insektenbefall gebildet werden, und ihr Immunsystem muss sich gegen Angriffe von Erregern und Parasiten zur Wehr setzen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie haben herausgefunden, dass diese beiden physiologischen Systeme – Verdauung und Immunität – auf unerwartete Weise zusammenarbeiten. mehr
Pflanzen bilden spezielle Substanzen, um die Wechselwirkungen mit ihrer Umwelt zu koordinieren. Um die Diversität dieser chemischen Verbindungen zu vergrößern, werden „Leitstrukturen“ durch verschiedene Enzymfamilien modifiziert. Eine der wichtigsten Modifikationen ist die Bildung von Estern mittels Acyltransferasen. Durch Verwendung modernster Analysemethoden wurden Gene, Enzyme und Produkte der speziellen BAHD-Acyltransferase-Familie charakterisiert. Das sequenzierte Genom der Modellpflanze Arabidopsis thaliana stellt eine Reihe von BAHD-Acyltransferasen zur Verfügung. mehr

Lebende Chemiefabriken: Chemische Verteidigung bei Blattkäferlarven

2009 Burse, Antje; Frick, Sindy; Discher, Sabrina; Tolzin-Banasch, Karla; Strauß, Anja; Kirsch, Roy; Boland, Wilhelm
Chemie Pflanzenforschung Ökologie
Pflanzen bilden zur Abwehr von herbivoren Insekten eine Fülle von Naturstoffen. Viele Käferarten haben jedoch faszinierende Strategien entwickelt, mit diesen Substanzen umzugehen, und sich so Lebensräume geschaffen, die für andere Organismen nicht attraktiv sind. Oftmals werden die pflanzlichen Substanzen für die eigene Interaktion mit der Umwelt genutzt. Eine interessante Aufgabe in der chemischen Ökologie stellt die Aufklärung dieser Strategien dar, die nicht nur die Evolution von Käfer und Pflanze, sondern auch anderer, in einem Ökosystem lebender Arten beeinflussen können. mehr
Der Einfluss eines Gens auf die Darwin'sche Fitness eines Organismus bestimmt darüber, ob es im Verlauf der natürlichen Selektion verloren geht, erhalten bleibt oder modifiziert wird. Allerdings verfügen Biologen bisher über nur sehr wenige gene expression systems, mit denen Genfunktionen in einem Gesamtorganismus untersucht werden können. In der Abteilung Molekulare Ökologie am MPI für chemische Ökologie werden molekulargenetisch orientierte Freilandbiologen ausgebildet: Sie erhalten die Expertise, transformierte Pflanzen, in denen die Expression von umweltbedingt regulierbaren Genen ausgeschaltet wurde, in ihrem natürlichen Lebensraum zu beobachten und auszuwerten. Diese Forschung, so hoffen die Wissenschaftler, soll es ermöglichen, den Einfluss definierter Gene auf die Darwin'sche Fitness des Organismus Pflanze besser zu verstehen. mehr

Geruchswahrnehmung bei Insekten

2008 Hansson, Bill S.
Neurobiologie Verhaltensbiologie Ökologie
Bei den meisten Tieren stehen Überleben und Fortpflanzung in engem Zusammenhang mit Duftinformation. Diese Abhängigkeit vom Geruch hat bei vielen Arten zur Entwicklung eines äußerst sensiblen und spezifischen Duftwahrnehmungssystems geführt – der Olfaktion. Eine vielen bekannte duftvermittelte Interaktion ist die starke Anziehung, die läufige Hündinnen auf Rüden ausüben. Der Wissenschaft stehen heute viele Informationen zur olfaktorischen Struktur und Funktion verschiedener Modellsysteme, z.B. Mäuse und Fruchtfliegen, zur Verfügung. Insekten haben sich als interessante Versuchsobjekte in olfaktorischen Studien erwiesen, weil die meisten extrem duftabhängig sind, aber auch weil ihr olfaktorisches System als Modell sowohl für die Geruchsfunktion als auch für dessen sensorische Struktur und Evolution verwendet werden kann. mehr
Pflanzen bilden nach dem Angriff von Fraßfeinden eine große Zahl an Naturstoffen. Eine wichtige Aufgabe der chemischen Ökologie ist die Aufklärung der Funktionsweise dieser natürlichen Verbindungen bei der Verteidigung gegen Fraßfeinde. Besonders interessant sind dabei flüchtige Stoffe, die von der Pflanze als Duftstoffe abgegeben werden und natürliche Feinde des Angreifers (Nützlinge) anlocken. Um den jeweils richtigen Nützling anzulocken, können Pflanzen mehrere unterschiedliche Duftsignale aussenden – oberirdisch und unterirdisch. mehr

Geliehene Gene: Schlüssel zu evolutionären Neuerungen bei der Interaktion zwischen Pflanzen und Insekten

2007 Heckel, David G.; Vogel, Heiko; Fischer, Hanna; Schöne, Sebastian
Evolutionsbiologie Genetik Pflanzenforschung Ökologie
Im koevolutionären Wechselspiel zwischen herbivoren Insekten und ihren Futterpflanzen spielen spezifische chemische Substanzen eine zentrale Rolle: Pflanzen und Insekten benutzen neuartige Gene, um diese Substanzen für Verteidigungs- oder aber auch Angriffszwecke zu kontrollieren. Viele dieser Gene entwickeln sich durch geringfügige Modifikationen bereits existierender Gene, aber überraschenderweise haben einige Gene einen unerwarteten Ursprung, der auch in den Genomen völlig anderer Arten zu finden ist. Dieser Bericht aus dem MPI für chemische Ökologie gibt einen Überblick über einige solcher Fälle, die eine opportunistische Natur der Evolution aufzeigen. mehr

Die Sprache der Pflanzen

2006 Paschold, Anja; Halitschke, Rayko; Kessler, André; Baldwin, Ian T.
Pflanzenforschung Ökologie
Pflanzen sind in der Lage, auf die unterschiedlichsten Reize zu reagieren. Bei Schädlingsbefall ist – neben der Produktion giftiger Substanzen – die Abgabe von Duftstoffen eine der Abwehr dienende Reaktion, denn Duftstoffe können die Feinde der Schädlinge anlocken. Ob sich noch unbefallene Nachbarpflanzen diese Duftstoffe zunutze machen, um sich auf eine zukünftige Schädlingsattacke vorzubereiten, war und ist Gegenstand zahlreicher Studien. Viele der bisherigen Arbeiten wurden jedoch unter experimentellen Bedingungen durchgeführt, die mögliche Effekte der Duftstoffe auf benachbarte Pflanzen verfälschen oder künstlich verstärken. Eine weitere Schwierigkeit stellt die Identifizierung der bioaktiven Bestandteile eines durch Schädlinge induzierten Duftstoffgemisches dar. Forscher am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena entwickelten ein neues experimentelles Design, das zwei Ansätze miteinander verbindet und die detaillierte Untersuchung der Bioaktivität einzelner Duftstoffe/-gruppen unter realistischen Bedingungen ermöglicht. mehr

MecWorm: Eine künstliche Raupe imitiert Insektenfraß bei Pflanzen

2006 Mithöfer, Axel; Kunert, Maritta; Boland, Wilhelm
Pflanzenforschung Ökologie
Insektenfraß löst die Synthese von Duftstoffen als indirekte pflanzliche Abwehr gegen herbivore Insekten aus. Mittels der künstlichen Raupe MecWorm war es am MPI für Chemische Ökologie, Abteilung Bioorganische Chemie, erstmals möglich, die Bedeutung rein mechanischer Verwundung und chemischer Signalstoffe aus dem Raupenspeichel bei der Induktion dieser Duftstoffe getrennt zu analysieren. Untersuchungen an der Limabohne zeigten, dass allein eine kontinuierliche, lang anhaltende Verletzung des Pflanzengewebes ausreicht, um Insektenbefall-ähnliche Duftstoffsynthesen und -emissionen auszulösen. Des Weiteren wurden Studien zur Genregulation unter Einfluss von Insektenfraß im Vergleich zu MecWorm durchgeführt, wobei als Testpflanze Arabidopsis thaliana diente. Gemessen wurden Änderungen der jeweiligen Transkriptionsmuster, sowohl lokal im verletzten bzw. befallenen Blatt als auch systemisch, d. h. in nicht attackierten Blättern derselben Pflanze. Erste Analysen von Raupen- bzw. MecWorm-befallenen Blättern offenbarten jeweils lokal eine signifikante Änderung der Transkriptmenge bei circa 5700 Genen, wobei davon etwa 4100 Gene identisch durch rein mechanische Verwundung reguliert werden. Die systemische Reaktion der Pflanze zeigte darüber hinaus, dass mehr als 3200 Gene durch die Chemie der Speichelkomponenten maßgeblich beeinflusst werden. mehr

Öko- und Chemotypen der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana: Die Evolution der Insektenresistenz

2005 Mitchell-Olds, Thomas; Kroymann, Jürgen; Clauss, Maria; Vogel, Heiko
Evolutionsbiologie Genetik Pflanzenforschung
Forschergruppen am MPI für chemische Ökologie versuchen, die evolutionären Kräfte, welche die genetische Variation bedeutsamer Merkmale innerhalb und zwischen den Arten beeinflussen, aufzuspüren und zu verstehen. Anknüpfend an frühere Untersuchungen zur funktionalen Genomik der Modellpflanze Arabidopsis thaliana stehen nun wilde, mehrjährige Arabidopsis- und Boechera-Arten an natürlichen Standorten in Europa und Nordamerika im Mittelpunkt der Forschung. mehr

Die Biochemie der Glucosinolat-Hydrolyse: Wie entschärfen Insekten pflanzliche Senföl-Bomben?

2004 Wittstock, Ute; Falk, Kimberly; Burow, Meike; Reichelt, Michael; Gershenzon, Jonathan
Pflanzenforschung Ökologie
Pflanzen produzieren eine große Bandbreite an chemischen Verbindungen, von denen man annimmt, dass sie zum Schutz gegen den Befall von Herbivoren (Pflanzenfressern) oder Pathogenen dienen. Allerdings war es bisher schwierig, die biochemischen Grundlagen dieser Verteidigungsfunktionen zu beschreiben. Einige Herbivore fressen bestimmte Pflanzen, die hoch dosierte Abwehrstoffe akkumulieren, ohne dass sie daran irgendwelchen Schaden nehmen. Zu den interessantesten Abwehrstoffen in Pflanzen gehören die Glucosinolate, eine Gruppe von schwefelhaltigen Metaboliten, die Vorläufer von Senfölen sind. Moderne molekulare und biochemische Methoden eröffneten der Forschung neue Wege, die Funktion der chemischen Abwehr bei Pflanzen unter definierten Bedingungen zu testen und zu erklären, wie diese Abwehrmechanismen von pflanzenfressenden Insekten außer Kraft gesetzt werden können. Der Mechanismus, mit dem bestimmte Insekten die so genannten pflanzlichen Senföl-"Bomben" entschärfen, ist in Ansätzen bereits entschlüsselt. mehr
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