Forscher haben einen weiteren Einblick in die faszinierende Raffinesse des Teufelszwirns gewonnen. Der skurrile Schmarotzer klaut nicht nur die Nährstoffe seiner Opfer, sondern auch ihre „Post“: Er nutzt einen Botenstoff der befallenen Pflanzen, um seine eigene Blütezeit mit der des Opfers abzustimmen. Dies ermöglicht es dem Vampir, unterschiedliche Pflanzenarten zu befallen und ihr „Blut“ optimal für sich zu nutzen, erklären die Wissenschaftler.
Friedlich recken sie ihre Blätter in die Sonne und bauen über die Fotosynthese Biomasse auf – doch das gilt nicht für alle Gewächse: Das Pflanzenreich umfasst auch völlig unproduktive Vertreter. Es handelt sich um sogenannte Vollschmarotzer, die sich komplett von anderen Pflanzen ernähren. Besonders artenreich ist dabei die Gattung Cuscuta: mehr als 200 Spezies zapfen weltweit ein breites Spektrum an Wirtspflanzen an. Die als Teufelszwirn oder Hexenseide bezeichneten Parasiten besitzen weder Wurzeln noch Blätter. Nur Blüten bilden sie an ihren gespinstartigen Strukturen aus, mit denen sie ihre Wirtspflanzen überziehen. Aus deren Stängel saugen die Vampir-Pflanzen durch spezielle Organe (Haustorien) alles, was sie brauchen. Auch bei uns können die skurrilen Gewächse dadurch Pflanzen schädigen, Verluste in der Landwirtschaft verursachen bestimmte Cuscuta-Arten aber vor allem in südlichen Ländern.
Ausgesaugt und ausspioniert
In die Merkmale und das Erbgut dieser erstaunlichen Pflanzen haben Forscher bereits interessante Einblicke gewonnen. Die Schmarotzer haben demnach im Laufe ihrer Evolution einige Gene von ihren Opfern übernommen, andere dagegen ganz verloren. Eine frühere Studie hat zudem gezeigt, dass sich die Pflanzen über ihre Saugorgane in das interne Kommunikationsnetz ihrer Wirtspflanzen einklinken. Das kann den Opfern sogar Vorteile bieten: Wird eine Pflanze von Insekten attackiert, werden durch eine Signalübertragung über das Teufelszwirn-Netzwerk auch in Nachbarpflanzen Verteidigungsreaktionen ausgelöst, die den Befall im Bestand einschränken. Letztlich kommt das allerdings auch dem Teufelszwirn zugute, denn gesunde Opfer lassen sich besser ausbeuten.
In der aktuellen Studie haben sich die Forscher um Jianqiang Wu vom Kunming-Institut für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Kunming nun einer interessanten Feststellung gewidmet: Teufelszwirn kann offenbar den Zeitpunkt seiner Blüte auf die sehr unterschiedlichen Blühzeiten seiner jeweils befallenen Wirtspflanzen einstellen. Dies erscheint aus zwei Gründen erstaunlich: Wu und seine Kollegen hatten 2018 das Genom der Teufelszwirn-Art Cuscuta australis sequenziert und gezeigt, dass viele Gene zur Steuerung des Blühzeitpunkts im Genom der Pflanze abgeschaltet sind. Sie müsste demnach unfähig sein, ihre Blüte eigenständig zu aktivieren. „Der Blühzeitpunkt wird zudem von Blättern kontrolliert, denn sie empfangen die für das Blühen entscheidenden Signale aus der Umgebung und produzieren dann das Blühsignal FLOWERING LOCUS T (FT). Wir fragten uns daher, wie der blattlose Parasit den Zeitpunkt seiner Blüte steuern kann,” sagt Wu.
Dem Verdacht, dass der Teufelszwirn die in seiner Wirtspflanze zirkulierenden Blühsignale kapert und für die eigene Blüte nutzt, sind die Forscher durch Untersuchungen an genetisch veränderte Wirtspflanzen nachgegangen. In ihnen haben sie das Blühsignal-steuernde Gen gezielt verändert. So konnten die Wissenschaftler zunächst nachweisen, dass seine Aktivität tatsächlich auch den Blütenzeitpunkt des Teufelszwirns steuerte. Außerdem koppelten sie ein grün fluoreszierendes Protein (GFP) an das FT-Protein, um es in den Pflanzengeweben sichtbar zu machen. Auf diese Weise konnten sie aufzeigen, wie sich der Teufelszwirn den Blühinduktionsfaktor der Wirtspflanze einverleibt. “Wir konnten zeigen, dass der Teufelszwirn seine Blüte nicht selbst aktiviert, sondern dies von den FT-Proteinen der Wirtspflanze ausgelöst wird”, resümiert WU.
Das richtige Timing ist wichtig
Doch warum sorgt der Parasit nicht selbst für die Regulation seiner Blüte? Wie die Forscher erklären, ist es für den Parasiten günstig, wenn er genau synchron mit seinem jeweiligen Opfer in die generative Phase übergeht. Denn blüht er deutlich später, verpasst er die maximale Ausbeute für die Bildung der eigenen Samen, da nach der Blüte die Nährstoffgehalte des Opfers zurückgehen. Womöglich stirbt der Wirt sogar bevor der Lebenszyklus des Teufelszwirns abgeschlossen ist. Eine zu frühe Blüte wäre allerdings ebenfalls nachteilig: Denn dann hätte der Vampir nicht lange genug gesaugt, um optimal Samen ausbilden zu können, erklären die Forscher.
Durch den Genverlust und das „Outsourcing” der Blühregulation konnte sich der Teufelszwirn somit offenbar optimal an sein weites Wirtsspektrum anpassen, das Pflanzen mit sehr unterschiedlichen Blühzeiten umfasst. „Unsere Studie verdeutlicht somit, dass es für ein Lebewesen sogar von Vorteil sein kann, eine Kontrollfunktion zu verlieren”, sagt Co-Autor Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena abschließend.
Quelle: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Chinese Academy of Sciences Headquarters, Fachartikel: PNAS, doi: 10.1073/pnas.2009445117
September 01, 2020 at 12:00AM
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