Die Schilf-Glasflügelzikade (Pentastiridius leporinus) war ursprünglich ein Spezialist, der ausschließlich auf Schilfgras als Nahrungsquelle beschränkt war. Innerhalb weniger Jahre hat sie sich jedoch zu einem gefährlichen Superschädling entwickelt, der nun auch Zuckerrüben, Kartoffeln, Karotten und Zwiebeln befällt. Obwohl sie selbst keine direkten Pflanzenschäden verursacht, überträgt sie tödliche Bakterien, die zu massiven Ernteausfällen führen – insbesondere in der Zuckerrübenproduktion. Verantwortlich dafür sind zwei bakterielle Krankheitserreger, die die Krankheiten SBR (Syndrome Basses Richesses, Syndrom des niedrigen Zuckergehalts) und Stolbur verursachen.

Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena und des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie in Gießen sind nun der Frage nachgegangen, warum sich dieses Insekt so stark ausbreiten konnten und welche Rolle seine Mikrobenflora dabei spielen könnte. Um die Mikrobengemeinschaft zu identifizieren und zu zeigen, wo sie sich im Insektenkörper ansiedeln, nutzten die Forschenden modernste Sequenzierungsmethoden sowie Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung.

»Wir konnten zeigen, dass die Schilf-Glasflügelzikade mindestens sieben verschiedene Bakterienarten beherbergt. Auf drei davon scheint sie absolut angewiesen zu sein. Diese Symbionten leben in spezifischen Organen und werden von Generation zu Generation über die Eier weitergegeben. Sie tragen zur Ernährung der Zikade bei, indem sie essentielle Aminosäuren und Vitamine produzieren. Zwei weitere Bakterien sind die Erreger der Pflanzenkrankheiten SBR und Stolbur. Sie können von der Zikade auf die Wirtspflanzen übertragen werden. Diese Bakterien tragen maßgeblich zur Schadwirkung der Zikade bei. Die Bedeutung der beiden übrigen Bakterien bleibt noch unklar,« fasst Erstautor Heiko Vogel die wichtigsten Ergebnisse zusammen. Er leitet in der Abteilung Insektensymbiosen die Projektgruppe Wirtspflanzenanpassung und Immunität.

Bei den beiden pflanzenpathogenen Bakterien handelt es sich um Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus, den Verursacher von SBR, und Candidatus Phytoplasma solani, den Stolbur-Erreger. Das Forschungsteam fand fünf weitere Bakterienarten in verschiedenen Organen der Schilf-Glasflügelzikade. Die Gattungen Purcelliella, Karelsulcia und Vidania ermöglichen als Symbionten die Ernährung mit Pflanzensäften. Sie gleichen Ernährungsdefizite aus, indem sie essentielle Aminosäuren und B-Vitamine bereitstellen oder zur Biosynthese dieser Stoffe beitragen. Über die Bedeutung der Gattungen Rickettsia und Wolbachia für den Insekten-Wirt wird noch spekuliert. »Vor allem die Komplexität der unterschiedlichen Mikroben hat uns erstaunt – ebenso wie die Tatsache, dass Rickettsia-Bakterien sogar im Zellkern vieler Gewebe der Zikade zu finden sind,« sagt Martin Kaltenpoth, Leiter der Abteilung Insektensymbiosen am Max-Planck-Institut.

»Wir vermuten, dass die Fähigkeit der Zikade, ihr Wirtspflanzenspektrum zu erweitern, auf das Zusammenspiel der verschiedenen Bakterienarten zurückzuführen ist.« Heiko Vogel

Die Ergebnisse der Studie bilden die Grundlage für die Entwicklung gezielter Strategien zur Manipulation der bakteriellen Symbionten der Schilf-Glasflügelzikade. Ein Ansatz ist, gezielt die Produktion von bestimmten Speichelproteinen der Zikaden mithilfe der RNA-Interferenz zu hemmen. Hierzu werden doppelsträngige RNA (dsRNA) gegen das Zielgen injiziert. »Gegenwärtig entwickeln wir in Gießen dsRNA-basierte Sprays für die gezielte und umweltfreundliche Bekämpfung von Schilf-Glasflügelzikaden und anderen Schädlingen,« sagt Andreas Vilcinskas vom Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie.

Um die Rolle und Wechselwirkungen der mikrobiellen Partner der Schilf-Glasflügelzikade besser zu verstehen, sind weitere Studien geplant. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen neue Ansätze zur Bekämpfung dieses verheerenden Landwirtschaftsschädlings aufzeigen.       

Publikation:

Vogel, H., Weiss, B., Rama, F., Rinklef, A., Engl, T., Kaltenpoth, M., Vilcinskas, A. (2025).

A multi-partner symbiotic community inhabits the emerging insect pest Pentastiridius leporinus.

mBio 0:e03103-25. https://doi.org/10.1128/mbio.03103-25

Weitere Informationen:

Dr. Heiko Vogel, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie Abteilung Insektensymbiosen, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Tel. +49 3641 57-1512, E-Mail hvogel@ice.mpg.de

Prof. Dr. Martin Kaltenpoth, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie Abteilung Insektensymbiosen, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Tel. +49 3641 57-1500, E-Mail kaltenpoth@ice.mpg.de