Über den Tellerrand: Pflanzen als Pheromon-Fabriken

Die Herstellung von Pheromonen kann ein schmutziges Geschäft sein. Es kommen gefährliche Chemikalien zum Einsatz oder es entstehen schädliche Abfallprodukte. Nun können Pflanzen selbst die grüneren Fabriken für Lockstoffe sein. Insekten produzieren Pheromone, um paarungswillige Partner anzulocken oder vor Gefahr zu warnen. Diese Art der Kommunikation macht man sich in der Landwirtschaft zunutze. Mit Hilfe von Pheromonen werden Schadinsekten entweder in Lockstofffallen gefangen oder von der Paarung abgehalten. Da Pheromone nicht giftig und außerdem biologisch abbaubar sind, gilt diese Art der Schädlingsbekämpfung als besonders ökologisch. Doch die Herstellung der künstlichen Pheromone ist bisher alles andere als umweltfreundlich. Zu viele giftige Chemikalien kommen dabei zum Einsatz oder entstehen als Nebenprodukte. Wissenschaftler suchen deshalb nach alternativen Synthesemethoden. Jetzt haben die Forscher Pflanzen selbst als mögliche Pheromon-Fabriken entdeckt. Sie ließen die Blätter der Tabakpflanze Nicotiana benthamiana Pheromone produzieren, die sich als sehr erfolgreich im Kampf gegen Gespinstmotten erwiesen. In den Lockstofffallen mit den natürlich produzierten Pheromonen verfingen sich halb so viele Gespinstmotten, wie in denen mit chemisch hergestellten Pheromonen. ​„Das ist ein riesiger Erfolg für ein Machbarkeitsexperiment“, sagt Christer Löfstedt, der die Studie geleitet hat.

Pheromoncocktails bestehen aus vielen Substanzen und müssen exakt gemischt sein

Die Tabakpflanzen wurden mit mehreren zusätzlichen Genen zur Produktion von zwei unterschiedlichen Sexuallockstoffen angeregt. Pheromoncocktails unterscheiden sich von Art zu Art, damit auch wirklich die richtigen Paarungspartner zueinander finden. Da für die Herstellung dieser komplexen Stoffgemische viele verschiedene Gene zeitlich koordiniert abgelesen werden müssen, ist die Herstellung von transgenen Pflanzen eine besonders große Herausforderung. Die Forscher um Christer Löfstedt entschieden sich deshalb für eine transiente Genexpression. Auch hier dient Agrobacterium tumefaciens als Shuttle, das die Plasmide mit den gewünschten Genen in die Zellen bringt. Allerdings werden die fremden Gene nicht in die DNA der Pflanzenzelle integriert, sondern verbleiben auf dem Plasmid. Der Zeitpunkt der Genexpression lässt sich somit genau bestimmen. Erst wenn Agrobacterium auf die Blätter gegeben wird, beginnt die Genexpression. Bereits in diesen ersten Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass die Pflanzen tatsächlich einsatzfähige Pheromone herstellen. ​„Als nächstes wollen wir Pflanzen züchten, die diese Pheromone auch wirklich an die Umwelt abgeben“, sagt Löfstedt. Erst dann könnten die Pflanzen direkt auf Plantagen zum Einsatz kommen und mit ihren Pheromonen die Gespinstmotten oder andere Schadinsekten verwirren. Ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Lockstofffallen läge darin, dass die Pflanzen konstant Pheromone produzieren und somit deren Konzentration auf einem gleichmäßig hohen Pegel halten.

Pflanzen als Biofabriken – die Idee ist nicht ganz neu

Die Idee, Pflanzen als Fabriken für chemische Verbindungen zu nutzen, ist nicht neu. Ein ganzer Forschungszweig namens Molecular Farming beschäftigt sich mit diesem Thema. Wissenschaftler versuchen, in Pflanzenzellen Impfstoffe und andere Substanzen (z. B. Spinnenseidenproteine) herzustellen. Sie versprechen sich davon eine günstigere und schnellere Produktion. Die bisherigen Verfahren, die auf gentechnisch veränderte Bakterien oder Hühnereier zurückgreifen, sind verhältnismäßig langsam und/​oder teuer. Auch an der Herstellung von Pheromonen in Pflanzen wird bereits geforscht. Rothamsted Research, das größte Agrarforschungsinstitut Großbritanniens, will Weizen mit Hilfe des Alarmpheromons (E)-β-Farnesen vor Blattläusen schützen. Das Molekül stößt Blattläuse ab und lockt gleichzeitig hungrige Marienkäfer an. Im Dezember 2013 endeten die Feldversuche der britischen Forscher. Die Ergebnisse werden bereits gespannt erwartet.

Originalpublikation:

Ding, B.-J. et al. (2014): A plant factory for moth pheromone production. Nature Communications, 5, (25. Februar 2014), doi:10.1038/ncomms4353. Quelle: Pflanzenforschung​.de