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Evolutionary aspects of defense by recycled plant compounds in herbivorous insects

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Plant secondary compounds play a decisive role in the evolution of host associations of herbivorous insects. Here, I focus on the use of secondary compounds for the anti-predator defense of herbivores. Cardenolides, iridoid glycosides and pyrrolizidine alkaloids are used as examples to illustrate the stepwise adaptations that are necessary to adopt chemical defense by these substances. Longitarsus flea beetles provide an example where sequestration of plant derived pyrrolizidine alkaloids and iridoid glycosides occurs in at least 11 and 5 species, respectively. These species feed on several different plant families containing either class of compounds. A comparison with a phylogeny of Longitarsus based on mtDNA sequences shows that sequestration of pyrrolizidine alkaloids as well as of iridoid glycosides has been adopted multiple times independently. This situation contradicts the hypothesis of a single colonization of plants with either class of deterrent compounds followed by radiation across plant families to chemically similar plants.

Pflanzensekundärstoffe spielen in der Evolution der Wirtsassoziationen phytophager Insekten eine entscheidende Rolle. Dieser Artikel konzentriert sich auf ihre mögliche Nutzung für die Feindabwehr phytophager Insekten und stellt für Cardenolide, Iridoidglykoside und Pyrrolizidinalkaloide dar, welche schrittweisen Anpassungen nötig sind, damit diese Stoffe als Verteidigungssubstanzen verwendet werden können. Am Beispiel der Flohkäfergattung Longitarsus wird gezeigt, dass hier die Anreicherung pflanzenentlehnter Pyrrolizidinalkaloide und Iridoidglykoside im Körper der Käfer (Sequestration) in mindestens 11 bzw. 5 Arten geschieht, die auf unterschiedlichen Pflanzenfamilien mit diesen Stoffen fressen. Ein Vergleich mit einer auf mtDNA-Sequenzen basierenden Phylogenie der Käfer zeigt, dass die Sequestration beider Stoffklassen jeweils mehrfach unabhängig evolviert wurde. Diese Situation widerspricht der Hypothese, dass es jeweils zu einer einmaligen Kolonisation von Pflanzen mit Pyrrolizidinalkaloiden bzw. Iridoidglykosiden gekommen ist und anschließend zu einer Radiation auf Wirte aus verschiedenen Pflanzenfamilien mit gleichen Sekundärstoffen.
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Keywords: Longitarsus; cardenolides; chemical defense; evolution of host plant use; iridoid glycosides; pyrrolizidine alkaloids; sequestration of plant compounds

Document Type: Original Article

Affiliations: Institut für Zoologie, Universität Freiburg, Freiburg, Germany

Publication date: 01 March 2001

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