Das symbiotische Geheimnis der Olivenfliege entschlüsselt

Zusammenfassung

Die Olivenfruchtfliege ist ein schwerwiegender Schädling im Mittelmeerraum. Sie verursacht erhebliche Schäden an Olivenanbauflächen und jährliche Verluste von fast 3 Milliarden Euro, vor allem durch die Nahrungsaufnahme ihrer Larven an Olivenfrüchten. Jüngste Forschungen konzentrieren sich auf die symbiotische Beziehung zwischen der Olivenfruchtfliege und Candidatus Erwinia dacicola. Genetische Studien enthüllten unterschiedliche Haplotypen in verschiedenen Populationen und legen auf Grundlage dieses tieferen Verständnisses mögliche regionsspezifische Ansätze zur Schädlingsbekämpfung nahe.

Die Olivenfruchtfliege (Bactrocera olea) ist der bedeutendste Schädling im Olivenhain im Mittelmeerraum und weltweit.

Der Schaden wird durch die Larven verursacht, die sich von den Olivenfrüchten ernähren und erhebliche quantitative und qualitative Verluste an Früchten und Öl verursachen.

Der Schädling ist jedes Jahr für mehr als 30 Prozent der Zerstörung aller Olivenanbauflächen im Mittelmeerraum verantwortlich, was jährlichen Verlusten von fast drei Milliarden Euro entspricht.

Insektizide sind seit langem das wichtigste Mittel gegen den Befall mit der Olivenfruchtfliege, wie auch bei vielen anderen Olivenschädlingen, wie zum Beispiel der Olivenmotte.

Umweltauswirkungen wie die Toxizität für Nichtzielorganismen, die Wasserverschmutzung und die Verunreinigung der menschlichen Nahrungskette haben dazu geführt, jüngster Rückzug einer beispiellosen Anzahl von Insektizidbestandteilen durch die Umsetzung der Vorschriften der Europäischen Union.

Darüber hinaus hat der weitverbreitete Einsatz von Pestiziden in Verbindung mit den kurzen Lebenszyklen der Schädlinge dazu geführt, resistente Stämme.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Schädlingen ist die Olivenfruchtfliege jedoch fast ausschließlich auf ein symbiotisches Bakterium angewiesen, nämlich Candidatus Erwinia dacicola.

Die Insektenlarven benötigen diesen Symbionten, um sich von unreifen grünen Oliven zu ernähren, indem sie die natürlichen chemischen Abwehrmechanismen der Olive überwinden, wie z.B. Oleuropein, und ist ein wichtiger Faktor bei der Larvenentwicklung, wenn diese sich von schwarzen Oliven ernähren.

Außerdem erhöht es die Eierproduktion bei erwachsenen Weibchen unter Stressbedingungen.

Aufgrund dieser einzigartigen Beziehung zwischen Insekt und Bakterium, Ca. E. Dacicola war in jüngster Zeit Gegenstand von Forschungen zu neuen Bekämpfungsmethoden.

So konnte beispielsweise nachgewiesen werden, dass bestimmte antimikrobielle Verbindungen wie Kupferoxychlorid und Viridiol die symbiotische Beziehung stören können, was zu einer gestörten Larvenentwicklung und verminderter Widerstandsfähigkeit bei ausgewachsenen Tieren führt.

Neue Forschung Die in Nature veröffentlichte Studie zielt darauf ab, durch die Durchführung der detailliertesten genetischen Studie über die Olivenfruchtfliege und ihren Symbionten eine umfassendere Wissensbasis zu schaffen, auf der aufgebaut werden kann.

Die Studie untersuchte die biogeografischen Muster und die genetische Vielfalt beider Organismen in 54 Populationen im Mittelmeerraum, in Afrika, Asien und Amerika.

Die Forscher identifizierten drei primäre bakterielle Haplotypen: htA, htB und htP.

Die Haplotypen htA und htB dominierten den Mittelmeerraum, wobei htA in westlichen Bevölkerungen (z. B. Algerien, Marokko und der Iberischen Halbinsel) und htB in östlichen Gebieten (z. B. Israel, Türkei und Zypern) vorherrschend war.

Populationen im zentralen Mittelmeerraum wiesen eine Mischung dieser Haplotypen auf, was auf eine Konfluenzzone schließen lässt, die durch die Migration und Selektion von Olivensorten beeinflusst wurde.

Archäologische Funde deuten darauf hin, dass Oliven im östlichen Mittelmeerraum domestiziert wurden und sich dann nach Westen ausbreiteten. Die Forscher weisen darauf hin, dass die genetischen Muster der Olivenfliege und ihres Symbionten mit diesen Wanderungen übereinstimmen, was darauf schließen lässt, dass die menschliche Selektion der Olivensorten wahrscheinlich die Verbreitung und Anpassung des Schädlings und seines Symbionten beeinflusst hat.

So ist etwa die genetische Vermischung der Populationen im zentralen Mittelmeerraum vereinbar mit der Vermischung östlicher und westlicher Olivenlinien.

Der in Pakistan einzigartige Haplotyp htP weist ebenfalls auf eine uralte geografische Trennung und evolutionäre Divergenz hin, wobei die geringere genetische Vielfalt des Symbionten im Vergleich zur Wirtsfliege auf eine langfristige, durch Selektionsdruck gekennzeichnete Verbindung schließen lässt.

Die südafrikanischen Populationen waren ähnlich unterschiedlich und spiegelten die Evolutionsgeschichte der Fliege und ihres Wirtes wider.

Andere geographisch isolierte Populationen, wie jene auf Kreta, in Kalifornien und im Iran, waren bei der Modellierung von Ausbreitungs- und Anpassungsmustern besonders hilfreich.

Kreta beispielsweise beherbergt trotz seiner Nähe zu östlichen Regionen überwiegend htA, was wahrscheinlich auf die historische Isolation und den eingeschränkten Genfluss zurückzuführen ist.

Die kalifornischen Populationen weisen dieselben Symbionten- und Wirtshaplotypen aus dem östlichen Mittelmeerraum auf, was die Hypothese einer durch den Menschen vermittelten Einführung aus der Türkei stützt.

Ebenso weisen iranische Populationen starke genetische Verbindungen zu Populationen im zentralen Mittelmeerraum auf, was auf eine erst kürzlich erfolgte Einführung und Verbreitung innerhalb der Region schließen lässt.

Die Forscher sind davon überzeugt, dass dieses tiefere Verständnis der genetischen Struktur der Populationen der Olivenfliege und ihrer Symbionten zu gezielten Interventionen führen kann.

Beispielsweise könnten die unterschiedlichen genetischen Profile der pakistanischen und südafrikanischen Bevölkerung regionsspezifische Ansätze erforderlich machen.

Die Studie unterstrich auch das Potenzial der Nutzung der Symbiontenbiologie in Schädlingsbekämpfung, beispielsweise durch Unterbrechung der Funktion der Bakterien bei der Überwindung der Olivenabwehr.

• Insektenbiochemie und Molekularbiologie