Raupen, die sich von Maisblättern ernähren, verwenden ihren Kot, um die Pflanze dazu zu bringen, ihre Abwehrkräfte abzuschalten, sodass sie mehr essen und schneller wachsen können.Die Entdeckung ist eine weitere Offenbarung über die unzähligen chemischen Signale, die zwischen Pflanzen und Insekten passieren, sagen Wissenschaftler.

Pflanzen sind ständig von pflanzenfressenden Insekten bedroht. Es ist bekannt, dass fast 400.000 pflanzenfressende Insektenarten von 300.000 Pflanzenarten leben.

Wenn sich diese Pflanzenfresser von Pflanzen ernähren, verursachen sie nicht nur mechanische Schäden, sondern hinterlassen häufig Substanzen, die die Reaktion der Pflanze auf Pflanzenfresser manipulieren. Die Substanzen sind analog zu den mikrobiell-assoziierten Verbindungen, die pflanzliche Reaktionen auf pathogene Pilze oder Bakterien beeinflussen.

Die Larven des Heerwurms ernähren sich gefräßig von Blättern in den engen Wirbeln von Maispflanzen und entleeren sich notwendigerweise in der Nähe in den Spalten, in denen die Blätter auf die Stiele treffen. In diesen Strukturen sammeln sich reichlich Fäkalien oder „Frass“ an und können dort für längere Zeit verbleiben.“Es wäre nachteilig für das Insekt, Hinweise abzulegen, die die Pflanzenabwehr dagegen verbessern könnten, also untersuchten wir, welche chemischen Verbindungen im Frass die Pflanze signalisieren“, sagt Dawn Luthe, Professorin für Pflanzenstressbiologie an der Penn State.

Erreger- oder Insektenabwehr

„Es stellt sich heraus, dass die Raupe Frass die Pflanze dazu bringt, zu spüren, dass sie von Pilzpathogenen angegriffen wird, und eine Abwehr gegen sie aufbaut, wodurch die Abwehr der Pflanze gegen Pflanzenfresser unterdrückt wird.

„Pflanzen können sich nicht gleichzeitig gegen Krankheitserreger und Insektenangreifer verteidigen — sie müssen entweder ihren Weg zur Verteidigung gegen Pflanzenfresser oder ihren Weg zur Verteidigung gegen Krankheitserreger einschalten.“Die im Journal of Chemical Ecology veröffentlichten Ergebnisse können zur Isolierung spezifischer Komponenten des Frass führen, die in eine Verbindung eingebaut werden können, die auf Pflanzen gesprüht werden soll“, sagt Luthe.

Ein solches organisches, ökologisch nachhaltiges Pestizid könnte die Pflanzenabwehr gegen Krankheitserreger verbessern. Oder vielleicht können Pflanzen gentechnisch verändert werden, um die Proteine aus dem Frass zu integrieren, um die native Resistenz einer Kultur gegen Krankheitserreger zu steigern.Caterpillar Frass besteht aus Molekülen, die von der Wirtspflanze, dem Insekt selbst und assoziierten Mikroben stammen, und liefert daher reichlich Hinweise, die die Abwehrreaktionen der Pflanzen verändern können, sagt der leitende Forscher Swayamjit Ray, Doktorand im Intercollege Plant Biology Program. Proteine aus der Armyworm-Raupe Frass induzierten zunächst wundansprechende Abwehrgene im Mais; Kurz darauf wurde jedoch ein pathogenesebezogenes Abwehrgen induziert.

Die Auslösung der Pathogenabwehr durch Frass-Proteine korrelierte mit einem erhöhten Wachstum von Pflanzenfressern und einer verringerten Prävalenz von Pilzpathogenen im Laufe der Zeit. Diese Reaktionen unterscheiden sich von der typischen Pflanzenreaktion auf orale Sekrete der Fall-Armyworm-Raupe, und die Ergebnisse ebnen den Weg für die Identifizierung eines Proteinmoleküls aus der Ausscheidung eines Pflanzenfressers, das Pathogenabwehrreaktionen hervorruft und gleichzeitig die Pflanzenfresserabwehr in Pflanzen unterdrückt.Um ihre Hypothese zu testen, wendeten die Forscher Frass-Extrakt auf die Blätter von Maispflanzen an und verglichen das Wachstum von Fall-Armyworm-Raupen, die sich von den Blättern ernährten, mit dem Wachstum von Raupen, die sich von unbehandelten Blättern ernährten.

Sie maßen auch die Leistung eines Pilzpathogens als Reaktion auf die Frass-Behandlung von Maisblättern. Sie impften die Blätter mit Sporen eines Pilzes, der in Mais Blattfäule verursacht (Cochliobolus heterostrophus).

„Die Pflanze nimmt wahr, dass sie von einem Krankheitserreger und nicht von einem Insekt angegriffen wird, also schaltet sie ihre Abwehrkräfte gegen Krankheitserreger ein und lässt die Raupe frei, sich weiter von der Pflanze zu ernähren.“Es ist eine ökologische Strategie, die über Tausende von Jahren der Evolution perfektioniert wurde“, sagt Ray.

Das US-Landwirtschaftsministerium unterstützte die Arbeit.