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Die Funktion von Terpenen bei der Verteidigung der Pflanze

 Pflanzen reagieren auf den Angriff von Insekten und anderen Stressfaktoren mit der Bildung von Duftstoffen. Diese Duftstoffe bestehen zu einem grossen Teil aus Terpenen und können Feinde der Angreifer anlocken, so dass der Schaden an der Pflanze verringert wird. Aufgrund der Komplexität dieser Duftstoffe ist es schwierig, den einzelnen Terpenkomponenten eine klare Funktion bei diesen Verteidiungsreaktionen zuzuweisen.

Die Identifizierung und Charakterisierung von Genen der Terpenbiosynthese erlaubt die Aufklärung der komplexen Interaktionen zwischen Pflanzen, herbivoren Insekten und deren Feinden mit molekularen Methoden. Um die Funktion der Terpene, die durch den Befall mit Raupen des Nachtfalters Spodoptera littoralis induziert werden, zu ermitteln, haben wir die entsprechenden Terpensynthasen in Arabidopsis überexprimiert. Arabidopsis-Pflanzen produzieren diese Terpene konstitutiv, so dass diese in Verhaltensstudien genutzt werden können. Verhaltensstudien mit der Schlupfwespe Cotesia marginiventris, die auch Raupen von S. littoralis als Wirt nutzen kann, wurden durch die Mais-spezifischen Terpene nach einem ersten Kontakt angelockt. Die Attraktion der parasitischen Wespen resultierte in einer höheren Parasitierung der Raupen und dadurch einem geringeren Schaden an der Pflanze, so dass diese Interaktion zur Verteidigung der Pflanze beitragen kann.

Die Funktion von Terpenen als Signale bei der Verteidigung von Pflanzen. Flüchtige Terpene werden von Maisblättern nach Verletzung mit Raupen abgegeben, die Schlupfwespen, die natürlichen Feinde der Raupen, anlocken. Photo: Ted Turlings.

Die Funktion von Terpenen als Signale bei der Verteidigung von Pflanzen. Flüchtige Terpene werden von Maisblättern nach Verletzung mit Raupen abgegeben, die Schlupfwespen, die natürlichen Feinde der Raupen, anlocken. Photo: Ted Turlings.

Die Funktion von Terpenen als Signale bei der Verteidigung von Pflanzen. Flüchtige Terpene werden von Maisblättern nach Verletzung mit Raupen abgegeben, die Schlupfwespen, die natürlichen Feinde der Raupen, anlocken. Photo: Ted Turlings.

 Wurzeln von Mais bilden nach der Verletzung durch Larven des Schädlings Diabrotica virgifera das Sesquiterpen (E)-β-caryophyllen, dass in das umliegende Erdreich diffundiert und Nematoden zur Wurzel lockt. Diese Nematoden greifen die Larven von D. virgifera an und nutzen dadurch der Maispflanze. Wir haben das Gen, das für die Bildung des (E)-β-Caryophyllen in der Wurzel zuständig ist, identifiziert und untersuchen die Rolle dieses unterirdischen Verteidigungssignal mithilfe von transgenen Pflanzen und Transposon-Insertionsmutanten. In Feldexperimenten untersuchen wir, wie dieses Signal für neuartige, ökologisch sinnvolle Verteidigungsstrategien gegen den Befall mit D. virgifera genutzt werden kann.

Die Funktion von Terpenen als Signale bei der unterirdischen Verteidigung von Pflanzen. Maiswurzeln geben nach dem Befall mit Larven des Maiswurzelbohrers Diabrotica virgifera ein Terpensignal ab, das im Boden lebende Nematoden anlockt, die die Larven angreifen. Photo: Ted Turlings.

Die Funktion von Terpenen als Signale bei der unterirdischen Verteidigung von Pflanzen. Maiswurzeln geben nach dem Befall mit Larven des Maiswurzelbohrers Diabrotica virgifera ein Terpensignal ab, das im Boden lebende Nematoden anlockt, die die Larven angreifen. Photo: Ted Turlings.

Die Funktion von Terpenen als Signale bei der unterirdischen Verteidigung von Pflanzen. Maiswurzeln geben nach dem Befall mit Larven des Maiswurzelbohrers Diabrotica virgifera ein Terpensignal ab, das im Boden lebende Nematoden anlockt, die die Larven angreifen. Photo: Ted Turlings.

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