Ecological immunology and host plant adaptation in lepidopteran herbivores

Barthel, Andrea

Herbivore Insekten leben in komplexen Habitaten in denen sie mit vielen verschiedenen Pathogenen interagieren müssen. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, benötigen sie entsprechende Abwehrmechanismen, welche gezielt und schnell Mikroorganismen erkennen und bekämpfen. Die Bedrohungen innerhalb der Umwelt, in der herbivore Insekten leben, unterscheiden sich je nach Art des Lebensraumes, sowohl hinsichtlich des Risikos einer Konfrontation mit Pathogenen, als auch der Pathogenität dieser Mikroorganismen an sich. Dies kann zu einem komplexen Selektionsdruck auf das Immunsystem führen, infolgedessen sich die Immunsysteme zwischen verschiedenen Arten von herbivoren Insekten in ihrer Funktionsweise unterscheiden. Variationen in der Funktionsweise des Immunsystems implizieren auch unterschiedliche Kosten für herbivore Insekten. Diese können zu einem komplexen Muster von trade-offs und anderen life-history Merkmalen führen, und beispielsweise Auswirkungen auf die Reproduktion von Insekten haben. Es ist offensichtlich, dass herbivore Insekten in ihren komplexen Lebensräumen neben Pathogenen, auch von ihren Wirtspflanzen beeinflusst werden. Das evolutionäre Wettrüsten zwischen Wirtspflanzen und ihren Fraßfeinden brachte Pflanzen mit hochgradig angepassten Resistenzmechanismen hervor. Jedoch kann die Interaktion zwischen Wirtspflanzen und ihren herbivoren Insekten nicht vollkommen verstanden werden, ohne den Einfluss von Pathogenen zu berücksichtigen. Wir beginnen erst zu verstehen, wie komplex Herbivor-Pathogen- und Herbivor-Wirtspflanzen-Interaktionen sind. Bisher gibt es kaum allgemeine Erklärungen für die Variationen in der Funktionsweise des Immunsystems und die Wirtspflanzen Adaption von herbivoren Insekten. Vorausgegangene immunologische Studien an Insekten konzentrierten sich eher auf physiologische und molekulare Mechanismen des Immunsystems, jedoch vernachlässigten diese Studien die Tatsache, dass herbivore Insekten mit ihrer Umwelt interagieren. Das Ziel dieser Dissertation war es, den Einfluss der Interaktion von Herbivoren mit ihrer Umwelt auf die Funktionsweise des Immunsystems und Wirtspflanzen Adaption in der Ordnung der Lepidoptera zu untersuchen.

Herbivorous insects live in complex environments in which they intimately interact with a broad range of pathogens. Therefore, herbivores require a range of efficient immune defense mechanisms that can cope with all potential pathogens as specifically and immediately as possible. Environments differ in the threats they pose: the risk of exposure to pathogens varies, as well as the pathogenesis of those microorganisms. Therefore, heterogeneous environments of herbivores will generate a complex natural selective pressure on their immune system, possibly causing variations in immune system functions among herbivorous insects. Variation in immune system functions will also impose different costs of defense upon herbivores, leading to complex patterns of trade-offs against other life-history traits, such as sexual traits. The complexity of environments, wherein herbivorous insects and pathogens interact, is also impacted by plants. The evolutionary arms race between plants and their herbivores provides plants with a highly sophisticated defense system. However, the relationship between plants and herbivores cannot be fully understood without incorporating the impact of herbivorous pathogens. We are only beginning to understand the complexity of herbivore - pathogen and herbivore - plant interactions that occur in complex environments. General explanations for both immune system variation and host plant adaptation in herbivorous insects are rare. Most immunological studies on herbivorous insects have almost exclusively focused on physiological and molecular mechanisms of the innate immune system, generally neglecting the fact that herbivores interact with their environment. The aim of this thesis was to examine the importance of insect ecology on immune system variation and host plant adaptation in lepidopteran herbivores.

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Barthel, Andrea: Ecological immunology and host plant adaptation in lepidopteran herbivores. 2016.

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