Kaltes Wetter verringert die Vermehrung und die Nachfrage nach Tomatenpflanzen bei Tuta absoluta.

Stress durch niedrige Temperaturen verringerte das Schlüpfen, die Fruchtbarkeit, das Schlüpfen der Eier und die Orientierung der Weibchen. Tuta absoluta (derzeit Phthorimaea absoluta genannt) Bei Tomatenpflanzen verstärkte sich der Effekt mit zunehmender Kälteintensität. Die Reaktion umfasste physiologische, biochemische, metabolische und transkriptionelle Veränderungen bei adulten Schädlingen (DOI 10.3390/insects17070706).

Eine Studie chinesischer Forscher untersuchte adulte Tuta absoluta unter drei verschiedenen Temperaturregimen. Die Kontrollgruppe verblieb bei 25 °C. Mäßiger Kältestress wurde bei 15 °C, starker Kältestress bei 5 °C induziert. Die Insekten wurden einem Licht-Dunkel-Zyklus von 16 Stunden Licht und 8 Stunden Dunkelheit ausgesetzt. Biochemische, metabolomische und transkriptomische Analysen wurden an adulten Tieren durchgeführt, die sieben Tage lang unter diesen Bedingungen gehalten wurden.

Niedrige Temperaturen beeinträchtigten das Schlüpfen der adulten Tiere. Kontrollgruppen und moderater Stress führten zu den höchsten Schlüpfraten. Starker Stress verursachte die stärkste Reduktion. Das Ergebnis deutet auf eine beeinträchtigte Metamorphose nach Kälteexposition hin.

Größere Auswirkungen

Die Fortpflanzung war am stärksten beeinträchtigt. Weibchen der Kontrollgruppe produzierten mehr Eier. Bei Weibchen unter 15 °C war die Eiproduktion leicht reduziert, jedoch ohne signifikanten Unterschied zur Kontrollgruppe. Bei Weibchen unter 5 °C kam es zu einer nahezu vollständigen Unterdrückung der Eiablage. Die Eiproduktion in der Kontrollgruppe und der Gruppe mit moderater Behandlung erreichte am siebten Tag ihren Höhepunkt. Anschließend sank sie am vierzehnten Tag und kam am einundzwanzigsten Tag fast vollständig zum Erliegen. Bei extremer Kälte blieb die Eiproduktion während des gesamten Zeitraums minimal.

Die Schlupfrate der Eier sank mit zunehmendem Stress. Die Kontrollgruppe wies eine höhere Schlupfrate auf. Die Behandlung bei 15 °C unterschied sich nicht von der Kontrollgruppe. Die Behandlung bei 5 °C führte zur stärksten Reduktion. Starke Kälte verzögerte den Schlupfprozess ebenfalls.

Suche nach einem Gastgeber

Das Wirtsfindungsverhalten veränderte sich. Kontrollweibchen zeigten in einem Y-förmigen Olfaktometer eine deutliche Präferenz für Tomatengerüche. Weibchen, die 15 °C ausgesetzt waren, zeigten eine geringere Anziehungskraft auf die Pflanze. Weibchen, die 5 °C ausgesetzt waren, reagierten am schwächsten auf flüchtige Stoffe. Die Daten deuten auf einen fortschreitenden Verlust der Fähigkeit hin, den Wirt mithilfe des Geruchssinns zu lokalisieren.

Energiestoffwechsel

Kaltes Wetter veränderte auch den Energiestoffwechsel. Die Triglyceridwerte blieben in der Kontrollgruppe und bei mäßiger Kälte vergleichbar, sanken jedoch bei starker Kälte. Die Aktivität der Natrium-Kalium-ATPase zeigte ein ähnliches Muster. Sie blieb unterhalb von 15 °C stabil und sank unterhalb von 5 °C. Dieses Enzym dient als Indikator für den Ionentransport in der Zellmembran. Der Rückgang deutet auf eine Beeinträchtigung bioenergetischer Prozesse hin, die mit der zellulären Homöostase zusammenhängen.

Die Glykogenreserven nahmen unter starker Kälte ebenfalls ab. Der Gehalt blieb in der Kontrollgruppe und bei moderater Kälte vergleichbar. Das Ergebnis deutet auf den Verbrauch bzw. Abbau von Lipid- und Kohlenhydratreserven unter starker thermischer Belastung hin. Der Trehalosegehalt zeigte eine Tendenz zur Zunahme mit sinkender Temperatur, jedoch ohne statistisch signifikanten Unterschied. Dieses Muster lässt auf eine mögliche metabolische Anpassung im Zusammenhang mit dem Schutz vor Kälte schließen.

Antioxidative Enzyme reagierten unterschiedlich. Die Aktivität der Superoxiddismutase stieg unter starker Kälte im Vergleich zur Kontrollgruppe an. Die Peroxidaseaktivität sank unterhalb von fünf Grad Celsius. Die Katalaseaktivität blieb zwischen den Behandlungen unverändert. Dies deutet auf eine fortschreitende Veränderung der Abwehrmechanismen gegen oxidativen Stress hin.

Die nicht-zielgerichtete Metabolomik zeigte eine umfassende metabolische Umprogrammierung. Kontrollproben sowie Proben, die mäßiger bzw. starker Kälte ausgesetzt waren, wiesen unterschiedliche metabolische Profile auf. Im Vergleich zwischen Kontrollproben und Proben, die 15 °C ausgesetzt waren, wurden 324 reduzierte und 291 erhöhte Metaboliten identifiziert. Im Vergleich zwischen Kontrollproben und Proben, die 5 °C ausgesetzt waren, wurden 297 reduzierte und 333 erhöhte Metaboliten identifiziert. Im Vergleich zwischen Proben, die 5 °C bzw. 15 °C ausgesetzt waren, wurden 111 reduzierte und 132 erhöhte Metaboliten gefunden.

Zu den betroffenen Stoffwechselwegen gehörten der Aminosäurestoffwechsel, die Alkaloidbiosynthese, der zentrale Kohlenstoffstoffwechsel, die Transfer-Aminoacyl-RNA-Biosynthese, der Tyrosinstoffwechsel, der Purinstoffwechsel, der Alanin-, Aspartat- und Glutamatstoffwechsel, die Argininbiosynthese, der Nicotinat- und Nicotinamidstoffwechsel, der Phenylalaninstoffwechsel, die Terpenoid- und Steroidbiosynthese sowie der Kohlenstoffstoffwechsel.

Transkriptomanalyse

Die Transkriptomanalyse zeigte ebenfalls eine deutliche Trennung zwischen den Behandlungen. Der Vergleich zwischen Kontrollgruppe und Gruppe mit moderater Kälte ergab die größten Veränderungen: 939 Gene mit geringerer und 104 mit höherer Expression. Der Vergleich zwischen Kontrollgruppe und Gruppe mit starker Kälte zeigte 84 Gene mit geringerer und 58 mit höherer Expression. Der Vergleich der beiden Kälteintensitäten ergab 137 Gene mit reduzierter und 145 Gene mit erhöhter Expression.

Die angereicherten Genwege umfassten Thermogenese, oxidative Phosphorylierung, MAPK-Signalwege, Glykolyse, Gluconeogenese, Propanoatstoffwechsel, cGMP-PKG-Signalwege sowie Prozesse, die mit zellulären Reaktionen, Stoffwechsel, biologischer Regulation, Entwicklung und der Reaktion auf Reize assoziiert sind. Die Studie identifizierte zudem koordinierte Netzwerke zwischen Genen und Metaboliten. Diese Netzwerke wuchsen proportional zur Intensität des Stresses.

Forscher kommen zu dem Schluss, dass adulte Tuta absoluta eine integrierte Reaktion auf Kälte auslöst. Der Schädling priorisiert Überlebensmechanismen, indem er den Energiestoffwechsel verändert, Kälteschutzmittel anreichert und antioxidative Abwehrmechanismen einsetzt. Gleichzeitig reduziert er Fortpflanzung, Wachstum und die Suche nach Wirten. Die Ergebnisse tragen zum Verständnis der Reaktion der Art auf niedrige Temperaturen bei und können Populationsdynamikmodelle und Managementstrategien unter variablen Klimaszenarien unterstützen.