Molekulargenetische Untersuchungen zur Abgrenzung von Populationen des Maiszünslers Ostrinia nubilalis Hübner als eine Voraussetzung für das Insektenresistenzmanagement (IRM) von Bacillus thuringiensis-Mais (Bt-Mais)

Abstract

Der Maiszünsler, Ostrinia nubilalis (Lepidoptera: Pyralidae), gehört in Deutschland zu den bedeutendsten Schädlingen im Maisanbau. Für seine Bekämpfung stehen in naher Zukunft auf der Grundlage von Bacillus thuringiensis (B.t.) resistente, gentechnisch veränderte Sorten zur Verfügung. Zur Vermeidung der Anpassung von O. nubilalis an B.t.-Mais müssen Resistenzvermeidungsstrategien anbaubegleitend umgesetzt und überwacht werden. Für die Entwicklung solcher Strategien, insbesondere zur Bewertung einer Resistenzausbreitung zwischen O. nubilalis-Populationen, wurden über 3 Jahre DNA-basierte populationsgenetische und rassespezifische Untersuchungen zur Charakterisierung von neun deutschen O. nubilalis-Populationen durchgeführt. Das methodische Handwerkszeug umfasste für die genomische DNA des Maiszünslers die RAPD-PCR und für das ITS-1-Fragment im rDNA-Bereich die RFLP, die TGGE und die Sequenzierung sowie für die mikrobielle rDNA die T-RFLP. Im Rahmen der Optimierung der RAPD-PCR wurde ermittelt, dass erstens 20 Larven hinreichend das populationsspezifische RAPD-Muster repräsentieren und zweitens mikrobielle DNA aus der Larvendarmflora zu keinen Verfälschungen der RAPD-Muster führt. Die Ergebnisse mit 20 RAPD-Primern und DNA-Proben aus zwei bis drei Jahren zeigten, dass die 9 ausgewählten Populationen in vier Metapopulationen (MP) zusammengefasst werden können: eine nordostdeutsche MP (repräsentiert durch 'Oderbruch', 'Halle'), eine westdeutsche MP ('Hessisches Ried', 'Niedernberg', 'Bonn'), eine südostdeutsche MP ('Pocking') und eine südwestdeutsche MP ('Karlsruhe', 'Bodensee', 'Freiburg'). Wobei die nordostdeutsche und westdeutschen MP die höchste genetische Ähnlichkeit aufweisen. Die südostdeutsche MP nimmt genetisch eine Zwischenstellung zwischen der nordost- und westdeutschen MP ein. Die südwestdeutsche MP wiederum separiert sich genetisch deutlich von allen anderen Metapopulationen. Die genetische Variabilität innerhalb der einzelnen Populationen war weniger stark ausgeprägt als zwischen den Populationen. Das lässt einen eher geringen Genfluss (z.B. von Resistenzgenen) zwischen den Metapopulationen erwarten. Spezielle Analysen der rDNA von Mikroben in der Darmflora von O. nubilalis mit der T-RFLP ergaben keine Hinweise darauf, dass diese Gesellschaften typisch für eine Metapopulation sind. Sowohl die RAPD-PCR als auch die TGGE des ITS-1-Fragments der rDNA von O. nubilalis lassen in Verbindung mit Überlieferungen zur Ausbreitung des Maiszünslers vermuten, dass zwei Einwanderungen der Z-Rasse nach Deutschland stattgefunden haben. Eine begann um 1900 und führte zur südwestdeutschen MP, eine weitere folgte ab 1950 und führte zur südostdeutsche MP. Von dort breitete sich O. nubilalis in wenigen Jahrzehnten insbesondere als Folge der Veränderungen im Maisanbau in Richtung Norden aus. Die TGGE als auch die Sequenzierung des ITS-1-Fragments zeigten Sequenzunterschiede an zwei Positionen zwischen der Z- und der E-Rasse. Die Entwicklung rassespezifischer Primer gelang allerdings nicht.