Wirtspflanzenanpassung und Immunität

Unsere Forschung dreht sich hauptsächlich um die größere Frage, wie Insekten mit einer rauen, schädlichen oder gefährlichen Umgebung zurechtkommen. Es gibt drei Hauptlinien der Forschung:
1) Entschlüsselung der Mechanismen, wie Insekten mit nahrungsbedingten Herausforderungen zurechtkommen, wie z. B. mit der chemischen Abwehr von Pflanzen
2) Verständnis der Abwehrmechanismen von Insekten gegen Feinde und Krankheitserreger
3) Identifizierung von Mechanismen, die es Insekten ermöglichen, sich an extreme ökologische Nischen anzupassen

Weitere Projekte:

I) Wechselspiel zwischen Nährstoff- und Wirtspflanzenchemie

Wie alle Tiere fressen auch Insektenpflanzenfresser, um Nährstoffe für Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung zu erhalten. Wenn diese Nährstoffe (insbesondere Proteine und Kohlenhydrate) in der richtigen Menge gefressen werden, werden Wachstum und Fitness optimiert. Insekten-Herbivoren und ihre Wirtspflanzen haben jedoch sehr unterschiedliche Nährstoffprofile und Pflanzen enthalten oft sekundäre Pflanzenstoffe, die die Nahrungsaufnahme verhindern und/oder toxisch sind. Unser Ziel ist es, zu verstehen, wie variable Nahrungszufuhr das Wachstum von Insektenherbivoren beeinflusst, indem wir Variationen in den physiologischen Reaktionen mit der zugrundeliegenden Genexpression verknüpfen, um Mechanismen aufzudecken, die das Wachstum unter verschiedenen Nahrungsbedingungen (und Allelochemikalien) regulieren, wobei wir uns hauptsächlich auf die generalistische Heuschrecke Schistocerca gregaria (die Wüstenheuschrecke) konzentrieren.

Diese Arbeit wird in Zusammenarbeit mit durchgeführt: Spencer T. Behmer, Texas A & M University, USA.

II) BIODIVERSA-Projekt zum invasiven Asiatischen Marienkäfer (Harmonia axyridis)

Dieses Projekt zielt darauf ab, die Anpassungswege zu entschlüsseln, die dem globalen invasiven Erfolg des asiatischen Marienkäfers zugrunde liegen.

Biologische Invasionen sind eine wichtige Triebkraft für globale Veränderungen in der Artenverteilung. Diverse Organismen und Ökosysteme können davon betroffen sein, und obwohl nicht alle Invasionen negative Auswirkungen haben, umfassen die ökologischen Folgen oft den Verlust der einheimischen biologischen Vielfalt und Veränderungen der Gemeinschaftsstruktur und der Ökosystemaktivität. Eines der Hauptziele dieses Projekts ist die Entschlüsselung der adaptiven Veränderungen, die während der Invasion des asiatischen Marienkäfers auftraten, durch die enge Integration von evolutionärer Genomik mit experimentellen Studien sowie die Charakterisierung der Auswirkungen vonH. axyridis auf einheimische Marienkäferarten.

Diese Arbeit wird in Zusammenarbeit durchgeführt mit:
Arnaud Estoup, Benoit Facon & Mathieu Gautier, INRA, France,
Andreas Vilcinskas, University of Giessen, Germany and
Francois Verheggen, University of Liege, Belgium.

III) Insekten, die extreme ökologische Nischen ausnutzen

Hier ist es unser Ziel, insektenassoziierte Mikroben (Pilze oder Bakterien) zu identifizieren, die Insekten, die in extremen ökologischen Nischen leben, einen Vorteil verschaffen. Wir konzentrieren uns auf Insekten, die entweder an eine einzige, aber ungewöhnliche Nahrung angepasst sind, ein extrem breites Spektrum an Nahrungsquellen verwerten können oder eine sehr hohe Pathogenbelastung in ihrer Umgebung überleben können.

Die spezifischen Ziele dieser Projekte sind:
     i) Insekten-assoziierte Mikroben zu identifizieren, die möglicherweise die Anpassung des Wirts an spezifische ökologische Nischen ermöglichen,
     ii) Analyse der gegenseitigen Abhängigkeiten, Aufteilung der Anpassungsprozesse zwischen Wirt und Symbiont und
         (biochemischen) Fähigkeiten der insektenassoziierten Mikroben und
     iii) Nutzung insektenassoziierter Mikroben für biotechnologische Anwendungen wie die Umwandlung von Biomasse.

Diese Arbeit wird durchgeführt in Zusammenarbeit mit: Andreas Vilcinskas, Fraunhofer Gruppe Bioressourcen & LOEWE Zentrum für Insektenbiotechnologie, Gießen, Deutschland.

IV) Entschlüsselung der Anpassungsprozesse bei den Totengräberkäfern

Totengräberkäfer (Nicrophorus spp.) haben sich entwickelt, um eine einzigartige ökologische Nische zu besetzen, indem sie sich auf kleinen, im Boden vergrabenen Wirbeltierkadavern fortpflanzen. Da Aas eine wertvolle, aber kurzlebige Ressource ist, besteht ein intensiver Wettbewerb mit bakteriellen und pilzlichen Zersetzern, die seinen Nährwert verringern und ihn für Tiere ungenießbar oder sogar giftig machen. Es ist daher zu erwarten, dass die Käfer wirksame Gegenstrategien anwenden, z. B. die Verringerung der mikrobiellen Aktivität oder die Entgiftung der mikrobiellen Verbindungen. Elternkäfer arbeiten zusammen, um einen Kadaver unter der Erde zu vergraben, Haare/Federn zu entfernen und ihn zu einer Kugel zu formen, um ihn für den Verzehr durch ihre Nachkommen vorzubereiten, aber sie behandeln den Kadaver auch mit oralen und analen Sekreten. Die analen Exsudate enthalten lytische Aktivität und mehrere kleine Moleküle mit antimikrobieller Aktivität. Dieses Projekt zielt darauf ab, Proteine zu identifizieren, die an der (Vor-)Verdauung, der Konservierung und der Verwertung der Karkasse beteiligt sind, sowie potenzielle mikrobielle Symbionten zu identifizieren, die mit den oben genannten Prozessen in Verbindung stehen.

Diese Arbeit wird durchgeführt in Zusammenarbeit mit:
Andreas Vilcinskas, Universität Gießen, Sandra Steiger, Universität Bayreuth, und
Martin Kaltenpoth, Abteilung Insektensymbiose