Der erste bekannte Gentransfer von der Pflanze zum Insekt wurde identifiziert

Ein schädlicher landwirtschaftlicher Schädling ist teilweise auf ein Gen zurückzuführen, das vor Millionen von Jahren von seinen Pflanzenwirten gefallen ist.

Der Befund, berichtet heute in Zelle¹ist das erste bekannte Beispiel für einen natürlichen Gentransfer von einer Pflanze zu einem Insekt. Es erklärt auch einen Grund, warum die Weiße Fliege Bemisia tabaci ist so geschickt darin, sich mit Pflanzen zu beschäftigen: Das Gen, das Pflanzen abgewischt hat, ermöglicht es ihm, ein Toxin zu neutralisieren, das einige Pflanzen produzieren, um sich gegen Insekten zu verteidigen.

Frühe Arbeiten deuten darauf hin, dass die Hemmung dieses Gens die Weißen Fliegen für das Toxin anfällig machen und einen möglichen Weg zur Bekämpfung des Schädlings darstellen könnte. „Es zeigt einen Mechanismus, mit dem wir das Gleichgewicht zugunsten der Pflanze wiederherstellen können“, sagt Andrew Gloss, der die Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Schädlingen an der Universität von Chicago in Illinois untersucht. „Dies ist ein bemerkenswertes Beispiel dafür, wie Evolutionsstudien neue Ansätze für Anwendungen wie den Pflanzenschutz bieten können.“

Die kleine Fliege, die eher mit Blattläusen als mit Fliegen verwandt ist, verursacht weltweit landwirtschaftliche Verwüstungen. Bemisia tabaci ist einer der zerstörerischsten Pflanzenschädlinge: Weißer Fliegenzuckersaft aus Hunderten von Pflanzenarten, während er eine klebrige, süße Substanz absondert, die Honigtau absondert, der als Nährboden für Schimmelpilze dient. Weiße Fliegen sind auch Vektoren für mehr als 100 pathogene Pflanzenviren.

Gestohlene Gene

Dass einige Arten der Weißen Fliege einen Teil ihrer Raubtiere Genen anderer Organismen verdanken, ist nicht ganz überraschend, da genetischer Diebstahl im Wettrüsten zwischen Pflanzen und ihren Schädlingen häufig vorkommt. Über Millionen von Jahren haben sich Pflanzen und Insekten stark von mikrobiellen Genomen geliehen und manchmal ihre neu erworbenen Gene verwendet, um Abwehr- oder Angriffsstrategien zu entwickeln.

Einige Insekten, wie Kaffeebeerenbohrer (Hypothenemus hampei), geplünderte mikrobielle Gene, um mehr Nährstoffe aus schwer verdaulichen Pflanzenzellwänden zu extrahieren²und ein wildes Familienmitglied von Weizen stürmte ein Pilzgen, um eine Pilzkrankheit namens Kopfrost zu bekämpfen³. Es war jedoch noch nicht bekannt, dass Pflanzen und Insekten voneinander stehlen.

Der Entomologe Youjun Zhang von der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften in Peking und seine Kollegen arbeiteten an der B. tabaci Genom für gestohlene Gene, wenn sie eines finden, das sich nicht bei anderen Insekten oder Mikroben, sondern bei Pflanzen entwickelt zu haben scheint.

Weitere Studien haben gezeigt, dass das Gen eine chemische Gruppe auf Abwehrverbindungen übertragen kann, die als phenolische Glucoside bezeichnet werden. Solche Verbindungen werden von vielen Pflanzen, einschließlich Tomaten, hergestellt, um Schädlinge abzuwehren. Aber die durch die Weißen Fliegen verursachte Veränderung machte die Verbindungen unschädlich.

Um die Hypothese zu testen, entwarf das Team Tomatenpflanzen, um ein doppelsträngiges RNA-Molekül zu produzieren, das die Expression der weißen Fliegen ausschalten kann. Fast alle weißen Fliegen, die später mit diesen behandelten Tomatenpflanzen gefüttert wurden, starben.

Das Ergebnis weist auf eine neue Art der Bekämpfung von Weißen Fliegen hin, sagt Jonathan Gershenzon, chemischer Ökologe am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. „Es bietet eine enorme Gelegenheit, spezifisch zu sein“, sagt er. „Sie können die Fliegen fernhalten, aber schädlichen Insekten wie Bestäubern keinen Schaden zufügen.“

Pflanzenschädlingsbekämpfung

Die genetische Übertragung zwischen Arten kann schwierig zu beweisen sein, sagt Co-Autor Ted Turlings, chemischer Ökologe an der Universität Neuenburg in der Schweiz. Zu diesem Zweck analysierten Zhang, Turlings und ihre Kollegen die Sequenzen ähnlicher Gene in Pflanzen und stellten fest, dass die Weißen Fliegen ihre Evolutionsfamilie sind. Das Team führte auch Analysen durch, um zu zeigen, dass das Gen in das Genom der Weißen Fliege integriert war und nicht das Ergebnis eines durch DNA-Pflanzen verursachten Befalls von Pflanzen war.

Die Ergebnisse waren überraschend, aber überzeugend, sagt Yannick Pauchet, ein molekularer Entomologe, ebenfalls am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie. „Nach den von ihnen bereitgestellten Daten ist der horizontale Gentransfer die sparsamste Erklärung“, sagt er.

Aber wie die Weiße Fliege es geschafft hat, ein Pflanzengen zu fegen, ist unklar. Eine Möglichkeit, sagt Turlings, ist, dass ein Virus als Vermittler fungiert und genetisches Material von einer Pflanze in das Genom der Weißen Fliege wirft.

Wenn Forscher mehr Ordnung schaffen, ist es möglich, dass sie mehr Beispiele für den Gentransfer zwischen Pflanzen und Tieren entdecken, sagt Gloss.

„Insekten, die die Gene aus den Pflanzen selbst entnehmen, sind nur das letzte Stück des Arsenals, das wir noch nicht gefunden haben“, sagt er. „Im Kampf zwischen Pflanzen und ihren Insektenschädlingen oder Krankheitserregern werden Gene aus dem ganzen Baum des Lebens gezogen.“