Research Triangle Park, USA and Göttingen, Germany
May 7, 2015
Scientists from BASF Crop Protection and the University of Göttingen in Germany have found a new insecticide target protein. The discovery marks the first identification of vanilloid receptors, the TRPV ion channels (transient receptor potential vanilloid), as insecticide targets. The results, published in the scientific journal Neuron on May 6, 2015, could help to better manage insecticide resistance and have implications for research and insecticide usage.
In their study, the scientists focused on the mode of action of the insecticides pymetrozine and pyrifluquinanzon. They identified a novel TRPV ion channel complex as the target protein of the two substances. In insects, two TRPV channels exist, which occur together in certain stretch receptors that are present in joints, for example in the antennae and legs. By sensing mechanical stimuli, these stretch receptors provide insects with their senses of balance, hearing and coordination. The two insecticides only act selectively on these stretch receptors because they activate an ion channel complex formed by the two TRPV channels. By activating this TRPV channel complex, the insecticides overstimulate the stretch receptors, disturbing insect locomotion and feeding. Substances with this mode of action are effective against many plant-sucking pests, particularly whiteflies and aphids.
By knowing the exact target of pymetrozine and pyrifluquinazon, the industry can now provide better advice on spray programs to farmers. “For instance, we would not want to treat fields with these two substances one after the other. The more you attack one particular target site, the faster insects will become resistant. The findings help us to use insecticides more wisely and more sustainably,” concluded Vincent Salgado, biologist at BASF Crop Protection.
“The fact that the two insecticides target a TRPV channel complex is particularly interesting,” says the Göttingen neuroscientist Prof. Dr. Martin Göpfert. “For a long time we thought that the two insect TRPVs might form a complex in those stretch receptors, but only the insecticides allowed us to show that this is what they do.”
The study thus encompasses exciting biology: It identifies a novel ion channel complex that plays a key role in the detection of mechanical stimuli. Furthermore, the methods employed by the study can be applied to other insecticides, and they may help in the identification of new insecticides with similar modes of action.
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Zielprotein für Pymetrozine und Pyrifluquinanzon entdeckt - Forscher von BASF und der Universität Göttingen finden neues, spezifisches Zielprotein für Insektizide
Wissenschaftler der BASF Crop Protection und der Universität Göttingen haben ein neues Zielprotein für Insektizide gefunden entdeckt. Die Studie könnte helfen, auf Insektizid-Resistenzen besser zu reagieren und sich positiv auf die weitere Forschung und Insektizidnutzung auswirken.
Wissenschaftler der BASF Crop Protection und der Universität Göttingen haben ein neues Zielprotein für Insektizide gefunden entdeckt. Die Entdeckung stellt die erste Identifikation von Vanilloid-Rezeptoren, den TRPV-Ionenkanälen, als Insektizidziele dar. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlicht. Sie könnten helfen, auf Insektizid-Resistenzen besser zu reagieren und sich positiv auf die weitere Forschung und Insektizidnutzung auswirken.
Die Studie konzentrierte sich auf die Wirkungsweise der Insektizide Pymetrozine und Pyrifluquinanzon. Die Wissenschaftler identifizierten einen neuen TRPV-Ionenkanalkomplex als Zielprotein der beiden Wirkstoffe. Insekten verfügen über zwei TRPV-Kanäle, die zusammen in bestimmten Dehnungsrezeptoren in Gelenken vorkommen, zum Beispiel in der Antenne und den Beinen. Durch mechanische Reize sorgen diese Dehnungsrezeptoren für Gleichgewicht, Gehör und Koordination.
Die beiden Insektizide wirken selektiv nur auf diese Dehnungsrezeptoren, indem sie einen Ionenkanalkomplex aktivieren, der von den beiden TRPV-Kanälen gebildet wird. Die Insektizide führen durch die Aktivierung dieses TRPV-Kanalkomplexes zu einer Überstimulierung der Dehnungsrezeptoren und stören damit die Fortbewegung und die Nahrungsaufnahme der Insekten. Wirkstoffe dieser Art können gegen saugende Pflanzenschädlinge eingesetzt werden, insbesondere gegen Mottenschildläuse und Blattläuse.
Da mit dem Studienergebnis nun der genaue Zielpunkt von Pymetrozine und Pyrifluquinanzon bekannt ist, kann die Pflanzenschutzindustrie Landwirte bei der Schädlingsbekämpfung noch besser beraten. „Beispielsweise sollten wir Felder nicht nacheinander mit diesen beiden Substanzen behandeln. Je mehr diese Wirkstoffe an einem Ort versprüht werden, umso schneller entwickeln die Insekten eine Resistenz. Die Ergebnisse helfen uns dabei, die Insektizide zielgerichteter und nachhaltigerer einzusetzen“, stellt Dr. Vincent Salgado, Biologe BASF Crop Protection, fest.
„Die Tatsache, dass die beiden Insektizide auf einen TRPV-Ionenkanal-Komplex wirken, ist für uns besonders interessant“, so der Neurowissenschaftler Prof. Dr. Martin Göpfert von der Universität Göttingen. „Wir hatten lange vermutet, dass die beiden TRPVs in diesen Dehnungsrezeptoren gemeinsam einen Ionenkanalkomplex bilden, aber erst mittels der Insektizid-Wirkstoffe konnten wir dies auch aufzeigen.“
Die Studie deckt einen spannenden Aspekt der Biologie auf: Sie hat einen neuen Ionenkanalkomplex identifiziert, der bei der Erkennung mechanischer Reize eine Schlüsselrolle spielt. Darüber hinaus können die in der Studie verwendeten Methoden auch für andere Insektizide angewendet werden und bei der Identifizierung neuer Insektizid-Wirkstoffe mit ähnlicher Wirkungsweise hilfreich sein.
Originalveröffentlichung: Alexandre Nesterov et al. TRP Channels in Insect Stretch Receptors as Insecticide Targets. Neuron 2015. Doi: 10.1016/j.neuron.2015.04.001.
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