Aktuelle Themen für Diplom- und Staatsexamensarbeiten

Einnischung und Abgrenzung zweier Blattkäferarten

Artbildungsprozesse gehen bei phytophagen Insektenarten häufig mit der Spezialisierung auf eine neue Wirtspflanze einher. Nach theoretischen Erwartungen sollten solche Prozesse besonders leicht in isolierten Populationen am Rande des Verbreitungsgebietes passieren. Das Artenpaar Longitarsus melanocephalus und L. plantagomaritimus stellt einen guten Kandidaten für solch einen Fall von peripatrischer Artbildung dar. L. melanocephalus ist weit verbreitet und frisst auf Plantago lanceolata, L. plantagomaritimus dagegen kommt nur in den Salzwiesen der Nordsee vor und frisst dort auf P. maritima. Vorangegangene Untersuchungen belegen, dass die beiden Arten nah verwandt sind. Ein Datensatz (mtDNA-Sequenzen) suggeriert sogar, dass es sich hierbei um eine paraphyletische Gruppe handelt, wobei L. plantagomaritimus zwischen den Populationen von L. melanocephalus eingeordnet wird. Gleichzeitig zeigen die genetischen Daten, dass kein Genfluss zwischen den beiden Arten stattfindet. Ökologische Untersuchungen ergeben dagegen keine klaren Abgrenzung der ökologischen Präferenzen von L. plantagomaritimus gegenüber L. melanocephalus sondern werfen die Frage auf, warum L. plantagomaritimus nicht in das Habitat von L. melanocephalus zurückwandert. In dieser Arbeit soll im Freiland überprüft werden, ob sich L. plantagomaritimus tatsächlich im Habitat von L. melanocephalus so gut entwickeln würde wie in den Salzwiesen und inwieweit die beiden Arten prägam oder postgam gegeneinander isoliert sind. Zudem soll durch Sequenzieren eines weiteren nuklearen Gens die Verwandtschaftsbeziehung der beiden Käferarten überprüft werden.
methodischer Ansatz: Freilandexperimente zur Larvenentwicklung beider Arten in beiden Habitaten, Experimente zur Wirtspräferenz der Adulten, Sequenzierung des Introns für Elongationsfaktor 1α

Ökologische Divergenz der Populationen von Chrysolina aurichalcea auf unterschiedlichen Wirtspflanzen

Die Blattkäferart Chrysolina aurichalcea nutzt in verschiedenen Populationen unterschiedliche, nicht näher verwandte Wirtspflanzen, nämlich zum Teil die Schwalbenwurz Vincetoxicum officinale (Asclepiadaceae) und zum Teil den Wermuth Absynthium officinale (Asteraceae). Da einige andere Arten der Gattung Chrysolina ebenfalls auf Asteraceen fressen, wogegen keine weitere Art auf Asclepiadaceen frisst, stellt Artemisia höchstwahrscheinlich die ursprüngliche Wirtspflanze von C. aurichalcea dar. In diesem Projekt soll untersucht werden, inwieweit die Tiere aus Populationen von Artemisia in der Lage sind sich auf Vincetoxicum zu entwickeln bzw. wie gut Populationen von Vincetoxicum Artemisia nutzen können. Unterschiedliche Fähigkeiten die beiden Wirte zu nutzen könnten auf eine beginnende ökologische Differenzierung als erstem Schritt zu einer möglichen Aufspaltung in zwei Arten darstellen.

methodischer Ansatz: Reziproke Transplantation der Larven und Bestimmung ihrer Wachstums- und Entwicklungsraten, Bestimmung der Futterwahl der Adulten und Eiablagepräferenz der Weibchen

Effekt von Herzglykosiden auf Insekten

Ouabain ist seit langem als toxischer Pflanzeninhaltsstoff bekannt und seit kurzem als endogenes, blutdruckregulierendes Hormon bei Säugetieren. Die toxische Wirkung von Ouabain und anderen Cardenoliden geht auf eine Blockierung der Natrium-Kalium-Pumpe zurück. Die Bindungsstelle an der Natrium-Kalium-Pumpe, die bei Säugern unter physiologischen Bedingungen zur Regulation des Blutdrucks dient, ist genauso bei Insekten vorhanden. Zumindest einige Insekten auf cardenolidhaltigen Pflanzen tragen Mutationen an dieser Stelle, die eine Blockierung der Natrium-Kalium-Pumpe und damit den toxischen Effekt verhindern. In diesem Projekt soll getestet werden, inwieweit sich der Effekt von Ouabain bei nicht angepassten Insekten von dem bei Arten unterscheidet, die an Cardenolide in den Pflanzen adaptiert sind.
methodischer Ansatz: Messung der Herzfrequenz bei Ouabain-Applikation bei an Cardenolide angepassten und nicht angepassten Insekten, Sequenzierung der Ouabain-Bindungsstelle der Natrium-Kalium-Pumpe weiterer Insekten auf cardenolid-haltigen Pflanzen

Strategien angepasster Insekten zur Vermeidung der Toxizität von Cardenoliden

Aus oben beschriebenem Projekt sind uns bei einigen Insektenarten, die auf cardenolidhaltigen Wirtspflanzen leben, Aminosäureaustausche in ihrer Natrium-Kalium-ATPase aufgefallen. Diese Austausche könnten möglicherweise zu einer gegen Cardenolide resistenten Form des Enzyms führen. Durch positionsgerichtete Mutagenese können diese Austausche in das normalerweise Cardenolid-sensitive Gen von Drosophila melanogaster eingeführt werden. Dieses mutierte Drosophila-Gen wird sodann in Zellkultur exprimiert und seine Sensitivität gegenüber Ouabain, einem Referenz-Cardenolid, in einem enzymatischen Assay gemessen. Durch Vergleich von Zellkulturen mit dem Originalgen versus solchen mit dem mutierten Gen, kann entschieden werden, ob der eingeführte Aminosäureaustausch ausreicht, um Resistenz gegen Cardenolide zu erzeugen.
methodischer Ansatz: positionsgerichtete Mutagenese, Klonierung, Genexpression in Zellkultur (HEK-Zellen), Enzymmessung über einen Luciferin-Luciferase Ansatz.

Entgiftungssysteme spezialisierter Insekten für Pyrrolizidinalkaloide

Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind für Wirbeltiere hochgradig toxisch. Trotzdem fressen einige Insektenarten, z.B. Blattkäfer der Gattung Longitarsus, unbeschadet auf Pflanzen mit hohen Konzentrationen dieser Stoffe und schützen sich durch die Gifte letztlich selber vor ihren Fressfeinden. Für Longitarsus konnten wir bisher zeigen, dass die Käfer sowohl eine spezifische N-Oxigenase besitzen, mit der sie die Stoffe in eine ungiftige Form überführen können, als auch einen spezifischen Carrier, der die Alkaloide aus dem Darm in die Hämolymphe übernimmt. Sowohl der Carrier als auch die N-Oxigenase sollen im Weiteren genetisch charakterisiert werden. In beiden Fällen sollen dazu Unterschiede in der Genexpression zwischen Individuen auf PA-haltigem Futter mit solchen von Pflanzen ohne PA verglichen werden.
methodischer Ansatz: Differential Display PCR, Konstruktion von cDNA-Banken, EST-Screening.