AG Biochemische Ökologie und Molekulare Evolution

Toxische Symbiose bei Crotalaria

Die in den Tropen und Subtropen heimische Pflanzengattung Crotalaria produziert Pyrrolizidin-Alkaloide. Einige auf diese Pflanzen spezialisierte Insekten können jedoch auf dieser giftigen Pflanze fressen, ohne selbst Schaden zu nehmen. Darüber hinaus nutzen sie die aus der Pflanze aufgenommenen Naturstoffe als Duftstoffsignale bei der Paarung sowie zum Schutz der Eigelege gegen Fraßfeinde.

Unsere Forschung hat nun gezeigt, dass Crotalaria diese giftigen Alkaloide nur produziert, wenn sie mit bodenbürtigen Bakterien eine Symbiose eingeht und sogenannte Wurzelknöllchen bildet. Wurzelknöllchen sind typisch für Vertreter der Schmetterlingsblütler (Fabaceae), zu denen auch Crotalaria gehört. Sie sind der Ort, wo symbiontische Bakterien Stickstoff aus der Luft fixieren und der Pflanze verfügbar machen. Damit haben wir in diesem System drei Domänen des Lebens, die über die Pyrrolizidin-Alkaloide miteinander verbunden sind: Die alkaloidproduzierenden Pflanzen, die an sie angepassten Insekten sowie die Bodenbakterien, die die Alkaloidbildung in der Pflanze überhaupt erst einschalten.

Warum ist die Alkaloidbildung bei Crotalaria an die Symbiose mit Bakterien gekoppelt, die zur Stickstofffixierung in der Lage sind? Erste Untersuchungen zeigen, dass es offensichtlich nicht die Menge des zur Verfügung stehenden Stickstoffs ist. Es müssen andere Faktoren sein, die in diesem System darüber entscheiden, ob die Alkaloide zur Pflanzenverteidigung gebildet werden. Diese Mechanismen auf molekularer Ebene zu verstehen und ihre Evolution auszujklären ist der Fokus dieses Forschungsbereiches.