Antennen-Transkriptom des Tabakschwärmers analysiert Motten: Rätsel um Geruchs-Gene gelöst - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Antennen-Transkriptom des Tabakschwärmers analysiert

Motten: Rätsel um Geruchs-Gene gelöst

Der nachtaktive Tabakschwärmer (Manduca sexta) hat mit Hilfe seiner Antennen Blüten des wilden Tabaks anhand ihres spezifischen Geruchs erkannt und erfreut sich am Nektar. © Danny Kessler / MPI für chemische Ökologie

Mit ihren Antennen navigieren Insekten in ihrer Umwelt. Nicht nur Gerüche, sondern auch Tast- und Temperatursinn sind in den Fühlern verankert. Max-Planck-Wissenschaftler haben jetzt erstmals eine komplette Analyse der Gene vorgenommen, die in den Antennen des Tabakschwärmers am Geruchssinn beteiligt sind. Dabei konnten sie 70 verschiedene Rezeptoren in rund 100.000 Neuronen identifizieren, mit denen die Motten eine große Anzahl an Düften erkennen, die wiederum ihr Verhalten steuern.

Bei der Studie handelt es sich um die erste nahezu vollständige Analyse des Antennen-Transkriptoms einer natürlich vorkommenden Insektenart, berichten die Forscher in der Early Edition der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS). Die genetische Analyse der Antennen des Tabakschwärmers Manduca sexta schließt eine Lücke in der Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Insekten und Pflanzen: Wie gelangt eigentlich der Duft des Tabaks, bildlich gesprochen, in das Gehirn der Motte?

Wie nehmen Insekten Reize wahr?

Die Entschlüsselung der in den Fühlern aktiven Gene ist eine wichtige Grundlage, um herauszufinden, wie ein Insekt Reize wahrnehmen kann. Dazu bestimmten die Forscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena das so genannte Transkriptom der Antennen des Tabakschwärmers, also die Sequenzen der dort aktiven Gene (messenger RNAs oder mRNAs).

Demnach verfügt die in Nordamerika vorkommende Motte über 18 spezifische Duftstoff-bindende und 21 chemosensorische Proteine. Die Tabakschwärmer-Männchen besitzen den Wissenschaftlern zufolge zudem über 68 verschiedene Geruchsrezeptoren, die jeweils an einen Glomerulus – kugelförmiges Nervenbündel – gekoppelt sind. Weibchen wiederum haben 70 solcher „Reaktionseinheiten“. Die meisten dieser Rezeptoren konnten im Laufe dieser Untersuchung identifiziert werden.

Gewebeschnitt einer Antenne eines Tabakschwärmer-Männchens. Die roten und grünen Punkte entsprechen Transkripten zwei verschiedener Geruchsrezeptoren. © Christopher König / MPI für chemische Ökologie

Noch viele unverstandene Mechanismen

Eine große Anzahl, rund 69 Prozent, der Antennen-Transkripte lässt sich nach Angaben der Wissenschaftler keiner Genfunktion zuordnen – ihre Rolle in den Fühlern ist nicht erkennbar. Dies lässt vermuten, dass es viele noch unverstandene Mechanismen der Reizverarbeitung in den Antennen gibt, die jetzt aufgeklärt werden müssen. Einige der mRNAs lassen auf erhebliche Enzymaktivitäten schließen, beispielsweise Esterasen. Vorhanden ist auch eine größere Menge an Transkripten, die Genexpression steuern, ein Indiz, dass sich die Antenne flexibler an Umwelteinflüsse anpassen kann als bisher angenommen.

Anzeige

Simple genetische Ausstattung

Antennen scheinen trotz ihrer Beteiligung an komplexen Verhaltensweisen nach den Ergebnissen der Forscher in ihrer genetischen Ausstattung recht simpel zu sein. Zum Vergleich: Im Mitteldarm der Raupen sind nahezu doppelt so viele Gene aktiv wie in den Antennen der Falter. Ausschließlich in Männchen exprimiert sind nur 348 Antennen-Gene, während Weibchen immerhin 729 „eigene“ Gene für sich beanspruchen.

„Dies könnte daran liegen, dass die Weibchen befruchtete Eier an für den Nachwuchs optimalen Stellen ablegen. Beispielsweise auf Blättern des wilden Tabaks, wo sich die jungen Raupen ernähren können, ohne durch die Abwehrstoffe der Tabakpflanze geschädigt zu werden“, sagt Bill Hansson vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie.

Guter Geruchssinn

Der Geruchssinn ist bei Insekten enorm ausgeprägt. Eine geringe Konzentration an Molekülen in der Luft reicht aus, um von den Antennen der Tiere erfasst zu werden. Die Duftstoffe werden von Rezeptorproteinen in Nervenzellen in den Fühlern erkannt. Hat der Rezeptor ein Duftmolekül gebunden, werden den Wissenschaftlern zufolge chemische und elektrische Signale erzeugt, die im Gehirn des Insekts verarbeitet werden und schließlich dessen Verhalten bedingen. Neben Rezeptoren kommen weitere in die Geruchswahrnehmung involvierte Proteine ins Spiel, dazu gehören Enzyme und chemosensorische Proteine.

Motten als beliebte Forschungsobjekte

Neben Fruchtfliegen sind Schmetterlinge und Motten beliebte Forschungsobjekte. Das Genom der Seidenraupe Bombyx mori ist inzwischen vollständig sequenziert, allerdings ist dieses Insekt durch den Menschen über Jahrtausende hinweg domestiziert worden, weshalb ursprüngliche, unbeeinflusste Exemplare in der Natur nicht mehr auffindbar sind. Die „Gewohnheiten“ des amerikanischen Tabakschwärmers hingegen sind Gegenstand zahlreicher physiologischer Studien zur Erforschung des Geruchssinns in Insekten.

Darüber hinaus ist auch dessen Wirtspflanze Nicotiana attenuata, der wilde Tabak, zu einer wichtigen Modellpflanze ökologischer Forschung avanciert. (Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Early Edition, 2011; doi:10.1073/pnas.1017963108)

(Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, 18.04.2011 – DLO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

Dossiers zum Thema

DNA - Von Genen, Mördern und Nobelpreisträgern

Duft - Von der Nase ins Gehirn

Ameisen - Eine für alle, alle für eine

News des Tages

Erdinneres

Im Erdmantel gibt es Gebirge

Eine Fußspur des letzten Neandertalers?

Neue Art von Magnet entdeckt

Skurril: Seeschlange sieht mit dem Schwanz

Bücher zum Thema

Biologie für Einsteiger - Prinzipien des Lebens verstehen von Olaf Fritsche

Wie Zellen funktionieren - Wirtschaft und Produktion in der molekularen Welt von David S. Goodsell

50 Schlüsselideen Genetik - von Mark Henderson

Ökologie - von Thomas M. Smith und Robert L. Smith

Der Superorganismus - Der Erfolg von Ameisen, Bienen, Wespen und Termiten von Bert Hölldobler und Edward O. Wilson

Die Macht der Gene - Schön wie Monroe, schlau wie Einstein von Markus Hengstschläger

Das Maiglöckchen-Phänomen - Alles über das Riechen und wie es unser Leben bestimmt von Hanns Hatt und Regine Dee

Fantastisches Tierreich - Zwischen Legende und Wirklichkeit von John Downer

Das geheime Leben der Tiere - Ihre unglaublichen Fahigkeiten, Leistungen, Intelligenz und magischen Kräfte von Ernst Meckelburg

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige