Verteidigungsstrategien bei Nadelbäumen nach Insektenbefall

Titel: Bisher nicht bekannte Verteidigungsstrategien der Gemeinen Fichte und der Kiefer nach Insektenbefall

Art des Projekts: Doktorandenprojekt im Rahmen eines Promotionsstudiums am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena

Autor: Dipl.-Biochemiker Raimund Nagel

Betreuer: Prof. Dr. Jonathan Gershenzon, Dr. Axel Schmidt

Abgeschlossen: 2014

Über das Projekt

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollte untersucht werden, ob und in welchem Umfang pflanzliche Sekundärmetabolite die Resistenz der Fichte (Picea abies) und der Kiefer (Pinus sylvestris) gegen­über dem Borkenkäfer (Ips typographus) sowie der Nonne (Lymantria monacha) bedingen.

Aus dem Nationalpark Sumava im Dreiländereck Deutschland, Tschechien und Österreich konnte im Jahr 2011 erstmals Probenmaterial von Fichten genommen werden, die einen Borkenkäferbefall im Jahr 2007 überlebten (Abb. 1). Um die Annahme zu verifizieren, dass vor allem Änderungen des Terpengehaltes für diese Resistenz gegenüber dem Borkenkäfer verantwortlich sind, wurden Zusammensetzung und Menge der vorkommenden Terpene bestimmt sowie deren Regulations­mechanismen näher charakterisiert. Dabei kamen neben chemischen Analysetechniken auch molekularbiologische Arbeitsmethoden zur Anwendung.

Nationalpark-Sumava-Copyright-Dr-Axel-Schmidt-MPI-Chemische-Oekologie

Abb. 1: Einzelne Bäume inmitten des befallenen Gebiets im Nationalpark Sumava waren den Schädlingen nicht zum Opfer gefallen. Sie standen nun im Fokus – was macht sie resistent, warum haben sie überlebt?

Durch Überexpression eines Schlüsselgens der Terpenbiosynthese wurde in Laborversuchen eine sehr hohe Akkumulation von in diesem Zusammenhang bisher nicht beschriebenen Terpenestern in der Fichtennadel gefunden. In ökologischen Experimenten mit der Nonne konnte gezeigt werden, dass diesen Verbindungen eine toxische Funktion auf sich entwickelnde Nonnenraupen (Abb. 2) zugeschrieben werden kann. Aufgrund der bisher gefundenen generellen Abundanz dieser Verbindungen im Pflanzenreich wäre eine allgemein gültige, schützende Funktion innerhalb der pflanzlichen Abwehr wahrscheinlich, die ebenso im Rahmen dieses Forschungsprojektes untersucht wurde. Hierzu wurde zum einen der Gehalt dieser Verbindungen in Nadeln der resistenten Bäume näher untersucht. Da neben der Fichte auch die Kiefer befallen wird, wurde weiterführend ebenso das Vorkommen der Verbindungen in dieser Nadelbaumart vor und nach Nonnenbefall getestet. Das notwendige Probenmaterial wurde aus den Wäldern Brandenburgs bezogen, so dienten beispielsweise Proben von Kiefern der Forschungsstation Linde als Kontrollgruppe.

Nonnenraupe-Copyright-Raimund-Nagel-MPI-Chemische-Oekologie

Abb. 2: Man findet die Nonne (Lymantria monacha, hier eine Raupe der Nachtfalter) vorwiegend in dichten Fichten- und Kiefernwäldern. In einem ungefähren Zyklus von drei bis fünf Jahren kommt es zu Massenvermehrungen, die große Schäden verursachen.