Het belang van dit onderzoek gaat verder dan het ontwikkelen van een betere datingapp voor insecten. Wetenschappers kunnen nu gaan onderzoeken waarom paarsignalen en paarvoorkeuren überhaupt veranderen – een reeds lang bestaande paradox, aangezien elke verandering hierin het vermogen van een organisme om zich voort te planten kan verminderen. Kennis van deze twee genen biedt meer inzicht in de manier waarop de feromonen van de 160.000 mottensoorten zijn geëvolueerd.

Assortieve paring

Een belangrijke functie van paarvoorkeuren is uiteraard om ervoor te zorgen dat er niet gepaard wordt met een heel andere soort. Het door vrouwtjes afgegeven signaal moet mannetjes van dezelfde soort aantrekken, een principe dat we assortieve paring noemen. Wat de Europese maïsboorder interessant maakt, is dat er twee soorten van zijn, E en Z, die beide assortief met hun eigen soort paren. Hoewel de twee soorten in gevangenschap wel met elkaar kunnen paren, zal in de vrije natuur E vooral paren met E en Z vooral met Z.  Daarom wordt de Europese maïsboorder al sinds de twee typen feromonen 50 jaar geleden voor het eerst werden ontdekt, gebruikt als model voor hoe één soort zich kan opsplitsen in twee soorten.

‘Dat betekent dat we nu – op moleculair niveau – weten hoe chemische matchmaking bijdraagt aan het ontstaan van nieuwe soorten. Vergelijkbare chemische veranderingen in feromoonvoorkeur zouden ook tienduizenden andere mottensoorten van elkaar gescheiden kunnen houden,’ zegt Erik Dopman, hoogleraar biologie aan de Tufts University en corresponderend auteur van het onderzoek. Verschillende aspecten van het onderzoek zijn uitgevoerd door de drie eerste coauteurs Fotini Koutroumpa van de Universiteit van Amsterdam, Melanie Unbehend van het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie, en Genevieve Kozak, voormalig post-doctorandus aan de Tufts University en tegenwoordig docent aan de University of Massachusetts, Dartmouth.

Koutroumpa deed onderzoek naar genen die tot expressie komen in het brein en de voelspriet van mannetjes, Unbehend voerde een uitgebreide reeks kruisingen uit waarmee het chromosoominterval werd teruggebracht tot één enkel gen, en Kozak gebruikte een populatiegenomische benadering om het functionele belang van één intron in het gen nader te bepalen. ‘Het succes van ons onderzoek is te danken aan de gemeenschappelijke visie en de humor binnen ons team, waardoor we in een prettige sfeer nuttige resultaten konden bereiken,’ zegt Dopman.

‘Dit is de eerste van in totaal 160.000 mottensoorten waarvoor vrouwelijke signalerings- en mannelijke voorkeursgenen beide zijn geïdentificeerd,’ zegt prof. Astrid Groot van het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica van de UvA, die tevens heeft bijgedragen aan de identificatie van het gen dat bepalend is voor het feromoonverschil tussen vrouwtjes van de E-stam en vrouwtjes van de Z-stam. ‘Hierdoor beschikken we nu over volledige informatie over de evolutie van de partnerkeuze en over een manier om te meten hoe nauw deze keuzes samenhangen met evoluerende kenmerken en populaties.’

Plaaginsecten

De mogelijkheid om paring te voorspellen zou kunnen helpen om de reproductie bij plaaginsecten onder controle te houden. De Europese maïsboorder kan veel schade aanrichten aan maïs en een groot aantal andere landbouwgewassen. In de VS kost de monitoring en bestrijding van dit insect jaarlijks zo’n 2 miljard dollar. De soort is tevens het primaire doelwit van genetisch gemanipuleerd ‘Bt-maïs’, waaraan insectendodende eiwitten van de bacterie Bacillus thuringiensis zijn toegevoegd. Hoewel Bt-maïs in de VS nog altijd een effectief bestrijdingsmiddel voor de maïsboorder is, ontwikkelen maïsboorders in Nova Scotia op dit moment resistentie tegen een andere variëteit van Bt-maïs.

‘Onze resultaten kunnen helpen voorspellen of Bt-resistentie zich van Nova Scotia zou kunnen verspreiden naar de Amerikaanse ‘Corn Belt’. En ook of assortieve paring dit zou kunnen voorkomen of vertragen,’ zegt David Heckel van het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie, die tevens onderzoekt hoe insecten resistentie tegen Bt ontwikkelen. ‘Bt-maïs heeft een enorme verlaging van het gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen mogelijk gemaakt en het zo lang mogelijk behouden van de ecologische voordelen ervan zou hoge prioriteit moeten krijgen.’

Details van de publicatie

Melanie Unbehend, Genevieve M. Kozak, Fotini Koutroumpa, Brad S. Coates, Teun Dekker, Astrid T. Groot, David G. Heckel, Erik B. Dopman: 'Bric à brac controls sex pheromone choice by male European corn borer moths,' in Nature Communications (14 Mei 2021). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-23026-x