Untersuchungen zur Infektionsbiologie und Heritabilität von Infektionsparametern entomopathogener Nematoden bei Larven der Maikäfer (Melolontha spp.) sowie zur Charakterisierung der Nematoden durch DNA-Fingerprinting
Entomopathogene Nematoden (Fadenwürmer) der Gattungen Heterorhabditis und Steinernema werden zur biologischen Bekämpfung von im Boden lebenden Schadinsekten eingesetzt. Die infektiösen Larven dieser Nematoden (Dauerlarven) beherbergen in ihrem Darm symbiotische Bakterien, die für die pathogene Wirkung verantwortlich sind. Die vorliegende Arbeit untersucht die Infektionsbiologie und Wirkbedingungen dieser Nematoden bei Larven (Engerlingen) des Feld- und Waldmaikäfers (Melolontha melolontha und M. hippocastani) sowie des Junikäfers (Amphimallon solstitialis). Es wurden verschiedene Nematodenarten und -stämme getestet und bei zwei Arten wurde geprüft, ob deren Wirksamkeit durch Selektion gesteigert werden kann. Die aus den USA stammende Art S. glaseri und ein neu in Marokko isolierter Steinernema-Stamm hatten mit 60-85% bei 1000 applizierten Dauerlarven pro Engerling die größte Wirksamkeit. Die Heterorhabditis-Stämme erreichten nur 5-25%. Eine Vorinfektion der Engerlinge mit Rickettsien erhöhte jedoch die Wirksamkeit um den Faktor 3-6. In lehmigem Bodensubstrat war die Wirksamkeit beider Nematodenarten deutlich geringer als in sandigem. Das L2-Stadium der Engerlinge war deutlich anfälliger als das L3-Stadium. Die Infektiosität von H. bacteriophora (kommerzieller Hybrid-Stamm, E-Nema) gegenüber Larven des Feldmaikäfers ließ sich durch Selektion über Wirtspasssagen nicht steigern, die ermittelte realisierte Heritabilität war nahezu null. Im Gegensatz hierzu konnte bei S. glaseri (North Carolina) die Infektiosität durch 10 Wirtspassagen um den Faktor 9-15 gesteigert werden, die ermittelte realisierte Heritabilität war etwa 0,7. Auffällig war, dass die Länge der Dauerlarven von S. glaseri während der Selektion um etwa 20% zunahm und der Fettgehalt dieser Dauerlarven signifikant erhöht war. Die Selektionswirkungen lassen sich durch die unterschiedlichen Befallsstrategien deuten. H. bacteriophora hat größere Schwierigkeiten, in einen Engerling einzudringen. Es penetrieren nur wenige Dauerlarven, aber bereits 1-3 im Hämocoel genügen, um den Engerling durch die hoch virulenten symbiotischen Bakterien zu töten („Einzelkampfstrategie“). Die geringe Überlebensrate primär penetrierter Dauerlarven und weitere exo- und endogene Faktoren wurden als Ursache für die schwankende Wirksamkeit und das Ausbleiben einer positiven Selektionswirkung diskutiert. Bei S. glaseri penetriert eine größere Zahl von Dauerlarven und die Überlebensrate primär penetrierter Dauerlarven ist höher. Durch die geringe Virulenz der symbiotischen Bakterien ist eine Mindestzahl von etwa 15-50 penetrierten Dauerlarven nötig, um den Engerling zu töten („Gruppenstrategie“). Zur Überprüfung, ob sich die Selektionslinien und Re-Isolate von Freilandapplikationen anhand von molekularen Markern von den Ausgangsstämmen unterscheiden lassen, wurden die Methoden der RAPD-PCR (random amplified polymorphic DNA - polymerase chain reaction) und der ISSR-PCR (inter simple sequence repeats) angewandt. Die mittels der RAPD- bzw. der ISSR-PCR-Analyse ermittelte durchschnittliche genetische Distanz zwischen den Arten H. bacteriophora, H. marelatus, H. megidis, S. arenaria, S. feltiae, S. glaseri und C. elegans betrug 76 bzw. 80%. Die Distanzen waren für beide Methoden ähnlich, die Reproduzierbarkeit bei der ISSR-PCR-Methode jedoch deutlich besser. Innerhalb der Arten waren die Distanzen bei der ISSR-PCR-Analyse für H. bacteriophora (13 Stämme) etwa 48%, bei H. megidis (4 Stämme) etwa 11% und bei S. glaseri (3 Stämme) 31%. Bei den im Kaiserstuhl (Süddeutschland) aus Larven des Feldmaikäfers isolierten Nematoden handelte es sich um zwei deutlich unterscheidbare Stämme bzw. Genotypen der Art H. bacteriophora. Bei dem Steinernema-Stamm aus Marokko scheint es sich um eine eigene Art zu handeln, die mit S. arenaria und S. feltiae näher verwandt ist als mit S. glaseri. Die 20 Inzuchtlinien des H. bacteriophora-Hybridstammes PS7 hatten eine durchschnittliche Distanz von 19%. Ein Zusammenhang zwischen der Distanz einzelner Inzuchtlinien und deren Infektiosität bzw. Penetrationsaktivität bei Larven des Mehlkäfers (Tenebrio molitor) war nicht zu erkennen. Die Distanz zwischen dem Ausgangsstamm der Selektion und der Selektionslinie betrug bei H. bacteriophora 23% und bei S. glaseri 26%. Genetische Veränderungen während der Selektion waren also nachweisbar. Die Distanz zwischen dem applizierten, kommerziell produzierten Ausgangsstamm von H. bacteriophora (E-Nema, Raisdorf, Deutschland) und drei seiner von verschiedenen Standorten re-isolierten Linien betrug 35%. Diese größeren Distanzen bei den Re-Isolaten weisen auf einen höheren Selektionsdruck unter Freilandbedingungen hin. Die ISSR-PCR-Methode ist demnach dazu geeignet, geografische Stämme entomopathogener Nematoden als auch Inzuchtlinien, Selektionslinien bzw. Re-Isolate innerhalb eines Stammes zu unterscheiden. Bei den sequenzierten ISSR-PCR-Produkten waren keine codierenden DNA-Abschnitte nachweisbar.
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