02.11.2020: Einem Forschungsteam der Vetmeduni Vienna gelang der erstmalige Nachweis, dass das Auftreten von Ace-Insektizidresistenzen durch die Umgebungstemperatur signifikant beeinflusst wird: demnach profitieren die Mutationen von höheren Temperaturen, eine große Herausforderung vor dem Hintergrund des Klimawandels.

Viele Insekten, besonders Moskitos, sind eine weitverbreitete Plage und daher werden weiträumig Insektizide eingesetzt um sie zu bekämpfen. Da die Natur jedoch sehr erfinderisch ist, entwickeln Insekten schnell Resistenzen gegen diese Gifte. Resistenzmutationen sind allerdings meistens nur in der Gegenwart des Insektizids vorteilhaft und können für Insekten in der Abwesenheit des Giftes sogar schädlich sein. Diese Tatsache der wechselseitigen Kosten und Nutzen von Resistenzmutationen sind ein wesentlicher Bestandteil des Insektizidresistenzmanagements. Ein zentrales Problem ist allerdings, dass die Kosten der Insektizidresistenz bisher kaum unter ökologisch relevanten Bedingungen getestet wurden.

Ace, ein Schlüsselgen für die neuronale Signalübertragung, ist ein zentraler Angriffspunkt vieler Insektizide. Da Temperatur neuronalen Signale beeinflusst und ein wesentlicher Umweltfaktor ist, analysierte ein Forschungsteam um Anna Maria Langmüller und Christian Schlötterer vom Institut für Populationsgenetik der Vetmeduni Vienna die Kosten der Insektizidresistenz in verschiedenen Umgebungstemperaturen.

Insektizidresistenzen profitieren von höheren Temperaturen

Im Rahmen ihrer nun vorgestellten Studie untersuchten die ForscherInnen experimentell die Entwicklung einer natürlichen Population der Fruchtfliege Drosophila simulans bei heißen und kalten Temperaturen. Dabei ergab sich ein überraschend starker Einfluss der Umgebungstemperatur. Dazu Studienletztautor Christian Schlötterer: „Im kalten Temperaturbereich wurden die Resistenzmutationen stark gegenselektiert, aber in einer heißen Umgebung reduzierten sich die Fitnesskosten von Resistenzmutationen um fast 50%. Wir führen diese unerwartete Beobachtung auf den Vorteil der verringerten enzymatischen Aktivität von Resistenzmutationen in heißen Umgebungen zurück.“

Den ForscherInnen gelang damit der Nachweis, dass die Fitnesskosten von Insektizidresistenzgenen temperaturabhängig sind. Die WissenschafterInnen empfehlen deshalb, dass die Dauer insektizidfreier Perioden für verschiedene Klimaregionen angepasst werden muss, um diese Kosten zu berücksichtigen. „Wir nehmen an, dass solche umweltabhängigen Fitnesseffekte häufiger auftreten als bisher angenommen und eine große Herausforderung für die Modellierung des Klimawandels darstellen“, so Studienerstautorin Anna Maria Langmüller.

Wirksames Insektizidmanagement muss Umweltfaktoren miteinbeziehen

Genaue Schätzungen der Fitnesskosten und ein tiefgreifendes Verständnis darüber, wie diese Fitnesskosten durch Umweltfaktoren wie die Temperatur beeinflusst werden, sind der Schlüssel zu einer erfolgreichen Strategie für das Insektizidmanagement. Dazu Langmüller: „Unsere Studie bestätigt, dass die Temperatur ein Schlüsselfaktor für die Kosten der Resistenzmutationen ist. Die Schwierigkeit, die Fitnesskosten anhand von In-vitro-Experimenten vorherzusagen, zeigt deutlich, dass die Resistenzkosten in sich entwickelnden Populationen untersucht werden müssen. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um festzustellen, ob gut konzipierte experimentelle Evolutionsexperimente die Dynamik von Resistenzmutationen in freier Wildbahn vorhersagen können.“

Der Artikel „Fitness effects for Ace insecticide resistance mutations are determined by ambient temperature“ von Anna Maria Langmüller, Viola Nolte, Ruwansha Galagedara, Rodolphe Poupardin, Marlies Dolezal und Christian Schlötterer wurde in BMC Biology veröffentlicht.