Symbiotiske bakterier beskytter billelarver mod patogener

Lagriabiller har udviklet usædvanlige fysiske egenskaber for at beskytte deres afkom:Små invaginationer på ryggen af ​​larverne er beboet af defensive bakterier.

Som vist i en ny undersøgelse beskytter de symbiotiske bakterier billerne mod sygdomsfremkaldende svampe under deres udvikling og også i smeltefasen, hvor de er særligt sårbare.

"Lagriabillerne har fundet en måde at forhindre skadelige svampeinfektioner på og sikre deres afkoms overlevelse," sagde Rebekka Janke fra Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). Som en del af sin doktorafhandlingsforskning undersøgte hun samspillet mellem symbionter og biller under vejledning af Dr. Laura Flórez, der nu arbejder som forsker ved Københavns Universitet, og professor Martin Kaltenpoth, direktør ved Max Planck Instituttet for Kemisk Økologi .

Samarbejdspartnere i Jena og Brasilien var også involveret i forskningsarbejdet.

Burkholderia gladioli koloniserer lommer på bagsiden af ​​Lagria-larverne

For hvirvelløse dyr som biller er neglebåndet, det hårde kitinpanser med et tyndt, vandafvisende dække, den første og vigtigste forsvarslinje mod rovdyr og patogener. Det kan dog også tjene som levested for mikrobielle symbionter.

Forskere havde opdaget allerede i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, at larverne af Lagria hirta havde tre små lommer på ryggen fyldt med bakterier. Omkring 100 år senere viste professor Martin Kaltenpoth og Dr. Laura Flórez, at hunner af arten Lagria villosa presser de symbiotiske bakterier ud, mens de lægger æg. Disse bakterier beskytter deres æg mod svampeinfektioner på den fugtige jord. Æg uden dette forsvar leveret af bakterien Burkholderia gladioli blev oversvømmet af skimmelsvampe.

I deres seneste arbejde offentliggjort i The ISME Journal , viser forskerholdet, at de bakterielle symbionter af Lagria villosa bebor invaginationerne på ryggen af ​​insekterne under hele larveudviklingen, og at disse små lommer forbliver åbne udad via en smal kanal. Derudover bliver lommerne ikke fældet under smeltningen af ​​larverne, men forbliver intakte under hele larveudviklingen.

"Under smeltningen frigives nogle af symbionterne på overfladen af ​​larverne, hvor de giver beskyttelse mod svampeinfektion i denne kritiske fase," tilføjede professor Martin Kaltenpoth. Lagria villosa er Lagriinae biller, der stammer fra Afrika og har spredt sig i Sydamerika siden deres introduktion i 1970'erne. De afslutter syv larvestadier med tilsvarende smeltestadier, før de forpupper sig og efterfølgende kommer ud af puppen som et voksent insekt.

Burkholderia-stamme Lv-StB og antifungal forbindelse lagriamid verificeret

Til yderligere undersøgelser indsamlede Rebekka Janke prøver fra alle livsstadier af billerne fra marker i Brasilien til dybdegående analyse sammen med sine forskerkolleger. Resultaterne afslørede, at symbiontstammen Lv-StB af Burkholderia gladioli, som er afgørende for beskyttelse under ægstadiet, også er hovedforsvareren af ​​de efterfølgende udviklingsstadier.

Burkholderia-stammen producerer en svampedræbende forbindelse kaldet lagriamid, som findes i alle stadier, dvs. på overfladen af ​​æg, larver, pupper og også på indersiden af ​​de smeltede neglebånd. En anden undersøgelse afslørede, at symbionterne var til stede under larvestadierne både køn, mand og kvinde. Under forpupningen bevarer hunnerne symbionterne til overførsel til næste generation, mens titrene falder hos hannerne.

"Fjernelsen af ​​disse bakterielle hjælpere forringer markant overlevelsessandsynligheden for de unge larver, så snart de udsættes for patogene svampe," sagde Dr. Laura Flórez. Selvom smeltningsprocessen kan bidrage til at fjerne skadelige ubudne gæster fra insekternes neglebånd, bliver larven i løbet af denne tid også berøvet sit beskyttende lag og er dermed mere modtagelig for infektion.

"Lagria-billerne har fundet en måde at omgå problemet ved at skabe lommer i det beskyttende hylster på deres ryg, som forbliver intakte selv ved gentagne smeltningshændelser," forklarede Flórez.

Forskningen er publiceret i The ISME Journal og bygger på tidligere forskning publiceret i Frontiers in Physiology . + Udforsk yderligere

Biller er afhængige af unikke 'baglommer' for at holde bakterielle symbionter sikre under metamorfose