Molecular and Physiological Mechanisms of Cabbage Stem Flea Beetle (Psylliodes chrysocephala) Aestivation

by Gözde Güney
Doctoral thesis
Date of Examination:2025-11-04
Date of issue:2025-12-01
Advisor:Prof. Dr. Michael Rostás
Referee:Prof. Dr. Michael Rostás
Referee:Prof. Dr. Stefan Scholten
Referee:Prof. Dr. Andreas Vilcinskas
Sponsor:German Academic Exchange Service (DAAD)
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11650

 

 

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Abstract

English

Seasonal dormancy is a key adaptation that enables insects to survive predictable periods of environmental stress. Aestivation, a form of summer diapause, prepares insects for high-temperature and low-humidity conditions through physiological and molecular changes, including energy reserve accumulation and metabolic suppression. Despite its ecological significance, the molecular mechanisms underlying obligate aestivation remain poorly understood, especially in non-model species. This thesis investigates the molecular basis of obligate aestivation in the cabbage stem flea beetle (Psylliodes chrysocephala), a univoltine pest of oilseed rape in northern Europe. Using a combination of transcriptomics, proteomics, physiological assays, and RNA interference (RNAi), this work provides an integrated view of the molecular and physiological mechanisms governing aestivation in this species. Chapter 2 establishes a foundational understanding by identifying differentially expressed genes during aestivation, supported by physiological measurements such as body composition. Building on these findings, Chapter 3 explores the role of trehalose transporters in mediating energy balance and stress resilience through dynamic trehalose regulation. Chapter 4 investigates the regulatory role of microRNAs in aestivation. Chapter 5 focuses on the proteomics associated with aestivation. Together, these studies advance our understanding of insect aestivation by investigating its molecular underpinnings and physiological features in P. chrysocephala. This knowledge may inform the development of RNAi-based pest control strategies, particularly under changing climatic and regulatory conditions.
Keywords: Cabbage stem beetle; Aestivation; Diapause; Transcriptomics; Physiology; MicroRNA; Trehalose; Proteomics

German

Saisonale Dormanz ist eine zentrale Anpassung, die Insekten das Überleben vorhersehbarer Umweltstressphasen ermöglicht. Die Ästivation, eine Form der Sommerruhe, bereitet Insekten auf hohe Temperaturen und geringe Luftfeuchtigkeit vor und ist gekennzeichnet durch physiologische und molekulare Veränderungen wie die Anreicherung von Energiereserven und die Unterdrückung des Stoffwechsels. Trotz ihrer ökologischen Bedeutung sind die molekularen Mechanismen der obligaten Ästivation bislang kaum erforscht, insbesondere bei nicht-modellhaften Insektenarten. Diese Dissertation untersucht die molekulare Grundlage der obligaten Ästivation beim Rapserdfloh (Psylliodes chrysocephala), einem univoltinen Schädling von Winterraps in Nordeuropa. Mithilfe einer Kombination aus Transkriptomik, Proteomik, physiologischen Analysen und RNA-Interferenz (RNAi) wird ein integriertes Bild der genetischen und regulatorischen Netzwerke gezeichnet, die der Ästivation in dieser Art zugrunde liegen. Kapitel 2 schafft eine Grundlage durch die Identifikation differentiell exprimierter Gene beim Übergang in die Ästivation und während ihrer Aufrechterhaltung, ergänzt durch physiologische Messungen wie die Analyse der Körperzusammensetzung. Aufbauend darauf untersucht Kapitel 3 die Rolle von Trehalosetransportern, die eine zentrale Funktion bei der Regulation des Energiehaushalts und der Stresstoleranz durch dynamische Kontrolle des Trehalose-Stoffwechsels übernehmen. Kapitel 4 widmet sich der regulatorischen Funktion von microRNAs (miRNAs) während der Ästivation. Durch die Integration von Small-RNA- und Degradom-Sequenzierungen werden miRNA-mRNA-Wechselwirkungen aufgedeckt, die an dormanzassoziierten Prozessen beteiligt sind. Kapitel 5 beleuchtet, inwieweit die transkriptionellen Veränderungen während der Ästivation auf Proteinebene widergespiegelt werden und liefert damit Einblicke in posttranskriptionelle Regulation. Kapitel 6 fasst die Ergebnisse zusammen und diskutiert ihre übergeordneten Implikationen. Insgesamt leistet diese Arbeit einen umfassenden Beitrag zum Verständnis der Ästivation bei P. chrysocephala, insbesondere auf molekularer Ebene. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten zur Entwicklung innovativer RNAi-basierter Strategien im Pflanzenschutz beitragen – insbesondere vor dem Hintergrund klimatischer Veränderungen und zunehmender regulatorischer Einschränkungen.
 
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