Blattlausspeichel sabotiert pflanzliche Abwehr

Blattläuse sind kleine Insekten, die jedoch auf Grund ihrer großen Zahl jährlich beträchtliche Schäden in Gartenbau und Landwirtschaft verursachen. Zwar gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Bekämpfungsmittel, aber die Wirkung wird häufig durch sich bildende Resistenzen der Blattläuse eingeschränkt.

Um neue Ansätze für die Bekämpfung dieser Schädlinge zu finden, müssen tiefere Einblicke in die Interaktion zwischen Blattläusen und ihren Wirtspflanzen gewonnen werden. Torsten Will und Prof. Dr. Aart J.E. van Bel, der AG Zellbiologie der Pflanze am Institut für Allgemeine Botanik der Justus-Liebig-Universität Gießen, konnten in Zusammenarbeit mit Alexandra Thönnessen (Universität Gießen) und Dr. W. Fred Tjallingii von der Universität Wageningen (Niederlande) zeigen, dass Blattläuse einen Speichel produzieren, der die übliche Reaktion der Pflanze gegen Verwundung außer Kraft setzt. Nachgewiesen werden konnte dies durch eine außerge-wöhnliche Kombination von Methoden. Diese Beobachtung könnte die Entwicklung zukünftiger Bekämpfungsstrategien gegen Blattläuse beeinflussen, so dass sie in der hochrangigen, multidisziplinären Zeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA) publiziert wurde.

Mit ihren rüsselartigen stechend-saugenden Mundwerkzeugen beziehen Blattläuse ihre Nahrung aus den tief im Blatt liegenden Siebröhren der Pflanze. Siebröhren transportieren die Nährstoffe der Pflanze aus den Photosynthese betreibenden Blättern in die anderen Pflanzenteile. Weiterhin werden über die Siebröhren Langstreckensignale geleitet, z.B. als Antwort auf äußere Reize. Die große Bedeutung der Siebröhren für die Pflanze zeigt sich nicht zuletzt in ihrer besonderen Ausstattung mit Schutzmechanismen. Durch diese können verletzte Siebröhren verschlossen werden, was einen Verlust der kostbaren Nährstoffe sowie ein Eindringen von Krankheitserregern verhindert. Dieser Verschluss würde zum Versiegen der Nahrungsquelle für Blattläuse beim Anstechen führen, wenn die Blattläuse nicht einen Trick auf Lager hätten. Worauf basiert also die Fähigkeit der Blattläuse, die oben genannten Verschlussmechanismen außer Kraft zu setzen?

Zu Beginn eines jeden Siebröhrenanstiches wird eine große Menge an Speichel in die Siebröhren abgegeben. Dieser Speichel spielt eine zentrale Rolle beim Unterbinden der wundinduzierten Reaktion. Verhaltensversuche mit Blattläusen sowie eine Reihe von biochemischen Untersuchungen am isolierten Speichel zeigten, dass der Speichel spezielle Proteine enthält, die in der Lage sind Calcium zu binden. Calcium wird normalerweise bei Verwundung der Pflanze in die Siebröhren freigesetzt und ist notwendig für die Aktivierung der Verschlussmechanismen. Zusätzlich konnte die Speichelfunktion eindrucksvoll auf mikroskopischer Ebene an so genannten Forisomen, großen Proteinkörpern, die in Schmetterlingsblütlern (Fabaceen) einen Teil der Siebröhrenverschlussmechanismen bilden, demonstriert werden. Forisome expandieren in Anwesenheit von Calcium, wobei sie – vergleichbar mit einem aufgeblasenen Ballon – die betreffende Siebröhre verschließen. In künstlicher Umgebung wurde die calciumabhängige Expansion der Forisome durch Blattlausspeichel verhindert.

Die Gesamtheit der Ergebnisse zeigt deutlich, dass Blattläuse mit Hilfe ihres Speichels in der Lage sind, den Siebelementverschluss als Teil der pflanzlichen Abwehr zu sabotieren, um somit ihre Nahrungsversorgung zu gewährleisten.

Torsten Will, W. Fred Tjallingii, Alexandra Thönnessen and Aart J.E. van Bel. Molecular sabotage of plant defense by aphid saliva, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, in press (2007).

Abbildung:
Eine ausgewachsene Blattlaus der Art Megoura viciae in einem Versuchsaufbau zur Beobachtung des Blattlausverhaltens mittels „Electrical penetration graph“-Technik. Die Blattlaus ist auf der Blattunterseite einer Saubohne platziert. Auf ihrem Rücken befindet sich ein dünner Golddraht, der mit einem winzigen Tropfen Silberkleber befestigt ist. Die Pflanze wird über eine Bodenelektrode im Topf verkabelt. Indem man Pflanze und Blattlaus in einen Stromkreis (Gleichstrom) einbindet, kann das Blattlausverhalten über Änderungen des elektrischen Widerstandes im Stromkreis beobachtet werden. (Mit freundlicher Genehmigung von Torsten Will)

Kontakt:

Torsten Will
AG Zellbiologie der Pflanze
Institut für Allgemeine Botanik
Senckenbergstraße 17-23, 35390 Gießen
Telefon: 0641 99-35130
E-Mail: Torsten.Will@bot1.bio.uni-giessen.de