Der Kartoffelkäfer hat eine Resistenz gegen mehr als 50 verschiedene Arten von Insektiziden entwickelt, was das Insekt zu einem „Superschädling“ macht, der Kartoffeln auf der ganzen Welt verheerende Schäden zufügt.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass der Käfer dieses Kunststück größtenteils dadurch erreicht hat, dass er sich einem tiefen Pool von Vielfalt innerhalb seines Genoms zuwandte, der es verschiedenen Populationen in den USA ermöglichte, schnell eine Resistenz gegen fast alles zu entwickeln, was Menschen ihm entgegengeworfen haben.
Die Vielfalt des Schädlings und sein Arsenal an bestehenden Resistenzgenen werden es wahrscheinlich schwierig machen, ihn in Zukunft zu kontrollieren, unabhängig davon, welche neuen Insektizide Forscher entwickeln. Aber das neue Verständnis der genomischen Ressourcen des Schädlings könnte Wissenschaftlern dabei helfen, Managementsysteme zu entwickeln, die ihn in Schach halten.
„Dieser Käfer war einer der ersten, der in der Neuzeit mit Chemikalien angegriffen wurde, und er hat sich sehr erfolgreich über diese Angriffe hinweg entwickelt“, sagt Sean Schoville, Professor für Entomologie an der University of Wisconsin-Madison, der die neue Analyse leitete. „Für andere Insekten, die wir zu kontrollieren hoffen, können aus der Untersuchung dieses Schädlings Lehren gezogen werden. Welche Mechanismen verwendet dieses Insekt, um diese Insektizide zu überwinden?“
Zusammen mit seinen Mitarbeitern an der UW-Madison und anderen Institutionen veröffentlichte Schoville seine Ergebnisse am 19. Januar in der Zeitschrift Molekularbiologie und Evolution.
Das Team von Schoville hat 2018 erstmals das Genom des Kartoffelkäfers sequenziert. Seitdem haben sie das Genom untersucht, um zu verstehen, wie das Insekt neue Insektizide so schnell wie möglich überwinden kann. Dazu sequenzierten sie mehrere Dutzend Käfer aus den gesamten USA. Diese regionalen Populationen unterscheiden sich darin, gegen welche Pestizide sie resistent sind und woher sie stammen, was Hinweise auf die Evolutionsgeschichte des Schädlings geben kann.
Die Wissenschaftler entdeckten, dass sich diese unterschiedlichen regionalen Gruppen so schnell entwickelten, weil ihre Elternpopulationen bereits über die genetischen Ressourcen verfügten, die notwendig waren, um Insektizide zu überwinden.
„Es ist bekannt, dass die sich entwickelnden Gene an der Insektenresistenz beteiligt sind. Interessant ist jedoch, dass verschiedene Populationen unterschiedliche Teile von Genen oder unterschiedliche Gene auf demselben Weg verändern“, sagt Schoville. Dieser ähnliche, aber nicht identische Weg zur Resistenz über verschiedene Populationen hinweg wird als wiederholte Evolution bezeichnet.
Diese schnelle Evolution, die auf einer Fülle vorhandener genetischer Vielfalt basiert, steht im Widerspruch zu einem älteren Evolutionsmodell, das davon ausging, dass seltene Mutationen langsam in einer Population entstehen müssen. Während sich neue Mutationen entwickeln und zur Insektizidresistenz beitragen können, kann die schnelle Reaktion des Kartoffelkäfers auf neue Chemikalien in verschiedenen Teilen des Landes nur durch seine vorhandene Vielfalt erklärt werden.
Die Ergebnisse sind unerwünschte Neuigkeiten für Landwirte und Wissenschaftler, die hoffen, das Blatt bei den Angriffen des Kartoffelkäfers wenden zu können. Es scheint unwahrscheinlich, sagt Schoville, dass selbst ein brandneues Insektizid den Schädling lange in Schach halten würde.
Aber bewaffnet mit dem Wissen, wie der Kartoffelkäfer unseren Angriffen ausgewichen ist, könnte zukünftige Forschung helfen, kreative Strategien zu entwickeln, um mit dieser Nemesis Schritt zu halten.
„Ausgeklügeltere Modelle könnten uns dabei helfen zu lernen, wie sich verschiedene Managementtechniken auf die Entwicklung des Käfers auswirken. Das könnte es uns ermöglichen, unseren Managementstil zu ändern, um ihn zu verlangsamen“, sagt Schoville.
Benjamin Pélissié et al, Genome Resequencing Reveals Rapid, Repeated Evolution in the Colorado Potato Beetle, Molekularbiologie und Evolution (2022). DOI: 10.1093/molbev/msac016
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