Ein Vorteil für die Landwirtschaft: Spinnmilben könnten für bakterielle Infektionen anfällig sein

Spinnmilben verletzen Pflanzen, indem sie ihre Zellen aufstechen und aussaugen, wodurch die Blätter beschädigt werden und allmählich an Oberfläche verlieren, die für die Photosynthese wichtig ist. Der Wasserverlust kann außer Kontrolle geraten, sodass sich mit zunehmender Verletzung durch die Spinnmilben die Photosynthese verlangsamt und die Blätter dehydrieren.

Die Spinnmilbenpopulation wird durch das Wetter, die Qualität der Wirtspflanze und durch natürliche Fressfeinde begrenzt, und letztere sind während Dürren oder sehr warmer Perioden weniger effektiv. Viele der äußerst wichtigen räuberischen Milbenarten, die die Anzahl der Spinnmilben auf einem unschädlichen Niveau halten, sind bei hohen Temperaturen nicht sehr aktiv. Häufig verlassen Sie die Pflanze, um sich ins Laubstreu oder an andere kühlere und geschütztere Orte zurückzuziehen und zu ruhen.

Darüber hinaus sind Spinnmilben gut angepasst und entwickeln schnell Resistenzen gegenüber Pestiziden, oft innerhalb einer einzigen Anbausaison, weshalb Pflanzenschutzmittel das Problem noch verschärfen, indem sie die räuberischen Milben töten und die Spinnmilben so noch dabei unterstützen, sich explosionsartig zu vermehren. Daher wird nach einer anderen Methode gesucht, die Milbenpopulation einzudämmen.

In einer kürzlich von der Royal Society veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeit wird beschrieben, wie die Milben auf Bakterien reagieren. Bei einem der Koautoren handelt es sich um einen Forscher, der mit einem Einzelstipendium der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) unter dem Projekt DOGMITE von der EU gefördert wurde. Die Forscher berichten, dass mit grampositiven und gramnegativen Bakterien infizierte Milben im Vergleich zu Kontrollgruppen (die nicht tatsächlich bzw. mit durch Hitze abgetöteten Bakterien infiziert wurde) eine hohe Sterberate aufweisen.

Die Spinnmilben reagierten auf die bakterielle Infektion nicht mit einer Immunantwort. Ausgewachsene weibliche Exemplare von T. urticae, zu denen die rote Spinnmilbe und die gemeine Spinnmilbe gehören, wurden per Injektion mit E. coli und B. megaterium infiziert. Drei, sechs und zwölf Stunden nach der Infektion wurden die durch das Genom produzierten RNA-Transkriptionen analysiert.

Auch wenn einzelne transkriptomische Vergleiche zwischen infizierten und nicht infizierten Milben unterschiedliche Expressionen aufzeigten, konnten die Forscher zwischen allen Zeitpunkten und Behandlungen keine konsistente Reaktion auf die Injektion feststellen. Dies legt den Schluss nahe, dass eine Verletzung an sich keine Immunreaktion hervorruft. Die bakterielle Proliferation in den Spinnmilben blieb über vier Tage nach der Injektion hinweg stabil, was sich in ihrem Mortalitätsprofil widerspiegelte. Den Forschern zufolge zeigt dies deutlich, dass bei den Spinnmilben keine Resistenz- oder Toleranzmechanismen greifen und dass die beobachteten Sterblichkeitsraten durch die unkontrollierte Vermehrung der Bakterien entsteht.

„Wir haben gezeigt, dass die Abwehrsysteme von T. urticae nichts gegen bakterielle Infektionen ausrichten können, die bei Drosophila und anderen Kieferklauenträgern wie Zecken harmlos verlaufen, (…) die an völlig anderen Orten des Ökosystems leben, etwa in Vogeldreck und andern Substanzen, in denen es vor infektiösen Bakterien wimmelt.

Warum reagieren Spinnmilben empfindlich auf Bakterien?

Die von den Spinnmilben genutzte keimfreie Nahrungsquelle wird durch die komparative Charakterisierung der Darmbakterien unterstützt, die in den beiden untersuchten Milbenarten vorhanden sind. Die Anzahl dieser Bakterien unterscheidet sich zwischen den Milbenarten den Forschern zufolge um mehrere Größenordnungen. Dieses ökologische Merkmal, durch das keine stetige Ausbalancierung der bakteriellen Wechselwirkungen erforderlich ist, könnte den Evolutionsdruck sowie die Erforderlichkeit mindern, eine durch Transkription hervorgerufene und regulierte Immunantwort zu erhalten.

Die Autoren merken an, dass andere Studien, mit denen die Immunität von Arthropoden mit vergleichbaren Ernährungsgewohnheiten untersucht wird, weitere Aufschlüsse über die treibenden Kräfte liefern werden, die hinter der konvergenten Degeneration dieser Art von Immunantwort stehen. Kürzlich durchgeführte Forschungsarbeit zeigte sowohl im Labor als auch an natürlichen Populationen, dass weitere sich von Phloemsaft ernährende Tiere wie Mottenläuse und Blattflöhe ein reduziertes Biom von Darmbakterien in sich tragen. Dies bedeutet, dass auch diese Tiere für bakterielle Infektionen anfällig sein könnten, was Möglichkeiten eröffnet, ihre Populationen effektiv einzudämmen und gleichzeitig weniger Pestizide einzusetzen.

Das Projekt DOGMITE (The unique dioxygenases of phytophagous spider mites: new enzyme players in plant-herbivore interactions?) hatte unter anderem zum Ziel, Möglichkeiten für faszinierende biotechnologische Anwendungen zu entdecken, die nicht nur im Bereich der Landwirtschaft von Nutzen sein könnten.

Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen – Förderung von EU-Forschung

Heute, am 7. November 2017, jährt sich der Geburtstag von Marie Skłodowska-Curie zum 150. Mal. Vor zwanzig Jahren rief die EU ihr zu Ehren die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen ins Leben, mit denen seither über 100 000 Forscher unterstützt wurden. Dieses Programm bezuschusst Forscher in allen vier Phasen ihrer Karriere – ob den Doktoranden oder den hocherfahrenen Spitzenforscher – und regt zur transnationalen, intersektoralen und interdiziplinären Mobilität an.

Weitere Informationen:
CORDIS-Projektwebseite
Video „Marie Skłodowska-Curie Actions in a nutshell“