Schädlinge

Die ausgebuffte Taktik der Pfirsichblattlaus

Von Diemut Klärner
Aktualisiert am 04.10.2020
 - 09:00
Eine Grüne Pfirsichblattlaus in siebzigfacher Vergrößerungzur Bildergalerie
Die winzigen Insekten saugen nicht nur den Lebenssaft einer Pflanze auf. Sie schleusen auch spezielle RNA ein, mit denen sie ihren Wirt gefügig machen.

Blattläuse sind oft ein Ärgernis, für Landwirte ebenso wie für Hobbygärtner: Kaum sind sie da, vermehren sie sich rapide. Eine hohe Reproduktionsrate – meist ohne Sex durch sogenannte Parthenogenese (Jungfernzeugung) – gehört zum Erfolgsrezept der Blattlaus. Außerdem sind diese kleinen fragilen Insekten längst nicht so wehrlos, wie sie auf den ersten Blick daherkommen: Zum einen engagieren manche Blattlausarten angriffslustige Ameisen als Bodyguards. Zum anderen können Blattläuse ihre unfreiwilligen Gastgeber biochemisch manipulieren, etwa indem sie spezielle Ribonukleinsäuren (RNA) in die Pflanze hineinschleusen. Blattläuse agieren sogar je nach Art ihrer Wirtspflanze mit unterschiedlichen Genen. Das haben kürzlich Wissenschaftler vom John Innes Centre und dem Earlham Institute im Norwich Research Park entdeckt.

Als Forschungsobjekt diente den Wissenschaftlern um Yazhou Chen die Grüne Pfirsichblattlaus (Myzus persicae). Wo sie die Blattunterseite bevölkert, rollen sich die Blätter auffällig ein. Größeren Schaden richtet diese Blattlausart allerdings dadurch an, dass sie mehr als hundert verschiedenartige Pflanzenviren übertragen kann, dazu noch weitere Krankheitserreger. Anders als ihr Name vermuten lässt, sucht die Grüne Pfirsichblattlaus nicht bloß Pfirsichbäume heim. Auf mehr als 400 Arten aus ganz unterschiedlichen Pflanzenfamilien sorgt sie ebenfalls munter für Nachwuchs. Auf Stangenbohnen und Erbsen gedeiht sie beispielsweise ebenso gut wie auf Kartoffelpflanzen, Sonnenblumen, Raps und Mais.

Gemeinsam mit Cock van Oosterhout von der University of East Anglia in Norwich untersuchten die Forscher, wie Grüne Pfirsichblattläuse mit neun verschiedenartigen Pflanzen interagieren, darunter auch dem Lieblingspflänzchen der Genetiker, die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Es galt zu erkunden, ob einzelne Blattlaus-Gene unterschiedlich viel Transkripte in Form von RNA liefern, wenn die Tiere auf verschiedenen Pflanzenarten leben. Bei knapp zweitausend Genen zeigten sich tatsächlich prägnante Unterschiede, darunter auch bei Genen, die für den Geschmackssinn eine Rolle spielen. Eine Gruppe von Genen, die in den Speicheldrüsen transkribiert wird, weckte das besondere Interesse der britischen Forscher.

Rüssel sind keine Einbahnstraßen

Der Saugrüssel einer Blattlaus ist keine Einbahnstraße. Einerseits saugen Blattläuse süße Flüssignahrung aus den Siebröhren ihrer Pflanze. Andererseits lassen sie Speichel in dieses Gefäßsystem einfließen, das Produkte der Photosynthese in der gesamten Pflanze verteilt. Wie die Forscher in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften berichten, enthält der wässrige Speichel der Grünen Pfirsichblattlaus neben Eiweiß auch RNA. Diese RNA hält keinen Bauplan für Proteine bereit und stammt hauptsächlich von Genen, die je nach Art der Wirtspflanze unterschiedlich eifrig transkribiert werden. Detaillierte Analysen führten Yazhou Chen und seine Kollegen bei der Grünen Pfirsichblattlaus zu einer Familie von 30 auffallend ähnlichen Genen. Weil diese Gen-Familie auch bei anderen Blattlausarten anzutreffen ist, nicht aber bei sonstigen Insekten, erhielt sie den Namen „Ya“, nach dem chinesischen Wort „Yá“ für Blattlaus.

Wo aber landet die RNA von Ya-Genen, wenn sie aus den Speicheldrüsen einer Grünen Pfirsichblattlaus in die Pflanze befördert wurde? Um das zu klären, wurden jeweils 20 Blattläuse auf einem Exemplar der Ackerschmalwand plaziert, und zwar an der Spitze eines Blatts. Ein winziger Käfig hinderte sie daran, den zugewiesenen Platz zu verlassen. Direkt an der Stelle, wo die Blattläuse ihre süße Nahrung aus den Blättern saugten und der Pflanze nebenbei ihren Speichel einflößten, ließ sich RNA von neun Ya-Genen nachweisen. Ziemlich weit entfernt, in einem ganz anderen Blatt, war immerhin noch RNA von drei Ya-Genen aufzuspüren.

Für weitere Untersuchungen konzentrierten sich die britischen Wissenschaftler auf eines der drei Gene. Dieses Gen, als Ya1 bezeichnet, wird offenkundig besonders fleißig transkribiert, wenn sich die Grüne Pfirsichblattlaus an Kreuzblütlern wie Raps und Ackerschmalwand gütlich tut. Um zu erkunden, was die Ya1-RNA in der Pflanze bewirkt, kreierten die Forscher transgene Varianten der Ackerschmalwand: Einige Pflanzen produzierten dank ihres fremden Gens eine maßgeschneiderte RNA, die über sogenannte RNA-Interferenz zur Zerstörung der Blattlaus-RNA führte.

Mehr Nachwuchs für Parasiten

Mit negativen Folgen für die saugenden Insekten. An solchen Pflanzen erzeugten die Blattläuse viel weniger Nachwuchs als gewöhnlich. Andere transgene Varianten der Ackerschmalwand bildeten eigenständig jene Ya1-RNA, die sonst nur über den Speichel der Blattläuse in die Pflanze gelangen konnte. Was für die Blattläuse eindeutig einen positiven Effekt hatte: Sie produzierten deutlich mehr Nachkommenschaft als sonst üblich. Damit entpuppte sich die Ya1-RNA als Virulenzfaktor. Schließlich bewirkt sie, dass eine Blattlaus auf Kosten ihrer Wirtspflanze prächtig gedeihen kann. Vermutlich übt die RNA anderer Ya-Gene ebenfalls eine solche Wirkung aus.

Blattläuse sind nicht die einzigen Insekten, die als Parasiten ein leichtes Spiel haben, weil sie ihren Opfern RNA-Moleküle einflößen. Zu den wenigen Fällen, in denen die Funktionsweise dieser eigennützigen Gaben bekannt ist, gehört der Schlauchpilz Botrytis cinerea, der beispielsweise bei Erdbeeren die gefürchtete Grauschimmelfäule erzeugt. Seinen Angriff genauer erforscht haben Biologen um Arne Weiberg und Ming Wang von der University of California in Riverside allerdings bei der Ackerschmalwand und bei Tomaten.

Es zeigte, dass sich die eingeschleuste RNA in der attackierten Pflanze mit einem bestimmten Protein der RNA-Interferenz verkoppelt. Die komplexe Maschinerie der RNA-Interferenz kann nicht nur fremde RNA eliminieren, etwa die Erbsubstanz von RNA-Viren, zu denen unter anderem die Corona-Viren zählen. Mit RNA-Interferenz lassen sich auch zelleigene Gene gezielt lahmlegen. Diesen Mechanismus kapert die Schlauchpilz-RNA und löst ihn bei jenen Genen aus, die der Abwehr von Infektionen dienen. So kann sich die Grauschimmelfäule ungehindert ausbreiten.

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Umgekehrt gelingt es der Evolution bisweilen auch, Pflanzen mit einer aggressiven RNA auszurüsten. So hat eine chinesisch-amerikanische Forschergruppe beobachtet, dass sich Gewächse erfolgreich gegen einen Pilzbefall verteidigen, indem sie zwei Typen von kleinen RNA-Molekülen in zudringliche Pilzfäden exportieren: Die von der Baumwolle stammende RNA blockiert dann zwei Virulenz-Gene von Verticillium dahliae, einem pathogenen Pilz, der die Blätter vieler Pflanzenarten stark verfärbt und verformt („Nature Plants“). Wo die Grüne Pfirsichblattlaus mit RNA ihrer Ya-Gene in die Verteidigungsmechanismen ihrer Wirtspflanze eingreift, ist noch eine offene Frage.

Quelle: F.A.Z.
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