4.2 Symbióza brouků fazolí a burkholderií je vysoce specifická
Rod Burkholderia zahrnuje více než 100 druhů a je ekologicky rozmanitou skupinou (Eberl a Vandamme, 2016). Na základě fylogenomických analýz je rod rozdělen do nejméně tří odlišných kladů. První z nich zahrnuje patogeny pro člověka, zvířata a rostliny a nese název „B. cepacia complex and B. pseudomallei“ (BCC&P) clade (Mahenthiralingam et al., 2005). Druhý klad tvoří mnoho rhizobakterií podporujících růst rostlin a symbiontů nodulů bobovitých rostlin, označený jako klad „Plant-associated beneficial and environmental“ (PBE) (Suárez-Moreno et al., 2012). Třetí klad se skládá převážně z environmentálních druhů, symbiontů listových hlíz rostlin čeledi Rubiaceae a střevních symbiontů smrdutek a označuje se jako klad „stinkbug-associated beneficial and environmental“ (SBE) (Peeters et al., 2016; Takeshita a Kikuchi, 2017). Klad BCC&P, PBE a SBE byly nedávno označeny jako různé rody s názvy Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia a Caballeronia (Beukes et al., 2017). Sesterskou skupinou této trojice Burkholderia je rod Pandoraea, tvořený převážně běžnými půdními bakteriemi.
Analýzy symbiontů v přirozených populacích R. pedestris systematicky prokázaly kolonizaci druhy Burkholderia (Jung a Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Tyto Burkholderie jsou geneticky různorodé, ale téměř všechny patří do kladu SBE. Nicméně infekce druhy vzdálenějšího kladu BCC&P byla zaznamenána i ve studii přezimujících R. pedestris (Jung a Lee, 2019).
Jak již bylo zmíněno, přítomnost bakteriálních symbiontů nesoucích mezipláště je u heteropter infrařádu Pentatomomorpha velmi častá (Kikuchi et al., 2011a). U mnoha druhů nadčeledí Coreoidea a Lygaeoidea z Pentatomomorpha jsou tyto krypty rovněž kolonizovány SBE Burkholderia (Boucias et al., 2012; Itoh et al., 2014; Garcia et al., 2014; Kikuchi et al., 2011a, 2005; Kuechler et al., 2016; Ohbayashi et al., 2019b; Olivier-Espejel et al., 2011). Nicméně u některých druhů smraďochů byly příležitostně identifikovány i jiné druhy rodu Burkholderia, patřící do kladů BCC&P a PBE, a dokonce i druhy rodu Cupriavidus a Pseudomonas (Boucias et al., 2012; Garcia et al., 2014; Itoh et al., 2014). Je však třeba poznamenat, že s výjimkou několika kmenů SBE Burkholderia, izolovaných z R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) a Blissus insularis (Xu et al., 2016), nebyl žádný z ostatních kmenů (Burkholderia nebo jiných) kultivován a testován na jejich schopnost znovu infikovat a kolonizovat symbiotický orgán hmyzu. A konečně, ve středních střevních kryptách druhů čeledi Largidae z nadčeledi Pyrrhocoroidea se také vyskytují Burkholderie, ale tyto kmeny jsou odlišné od SBE Burkholderií a patří striktně do kladů PBE (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al., 2015).
Tyto kontroly přírodních druhů smraďochů společně naznačují téměř výhradní kolonizaci středních střevních krypt SBE Burkholderia v nadčeledích Coreoidea a Lygaeoidea a PBE Burkholderia v čeledi Largidae nadčeledi Pyrrocoroidea. Podobně jako je to pevně stanoveno pro symbionty R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), environmentální akvizice Burkholderií byla postulována nebo prokázána u všech zkoumaných druhů smraďochů, i když u některých byl naznačen příležitostný vertikální přenos (Itoh et al., 2014; Xu et al., 2016). To je v kontrastu s výše zmíněnými druhy jiné nadčeledi smraďochů, Pentatomoidea, které disponují vertikálně přenášenými gamaproteobakteriálními symbionty.
Zdá se tedy, že infekce středních střevních krypt u R. pedestris a příbuzných druhů smraďochů z nadčeledí Coreoidea, Lygaeoidea a Pyrrocoroidea jsou řízeny mechanismy výběru partnera, které jsou specifické v širokém taxonomickém měřítku skupin Burkholderia. Nicméně vzhledem k pozorované genetické rozmanitosti symbiontů u jednotlivých druhů hmyzu mohou mít tyto mechanismy na úrovni druhů nebo kmenů volnější specifitu.
Tento závěr podpořily dva typy laboratorních experimentů u R. pedestris. Zaprvé, u laboratorních R. pedestris chovaných na půdě byly příležitostně identifikovány infekce PBE Burkholderia i Pandoraea, ale drtivá většina kryptobakterií patřila ke kladům SBE (Itoh et al., 2018a). V druhém typu experimentu byly provedeny testy infekce aposymbiotické R. pedestris s širokou škálou bakterií v čisté kultuře, včetně 34 druhů Burkholderia (13 druhů SBE, 12 druhů PBE a 7 druhů BCC&P) a dalších 18 taxonomicky různorodých druhů bakterií, které nejsou Burkholderia (Itoh et al., 2019). Všechny testované druhy SBE účinně kolonizovaly krypty středního střeva, stejně jako zkoumané druhy Pandoraea a většina PBE, i když Pandoraea a PBE plně nekolonizovaly krypty středního střeva. Druhy PBE a Pandoraea navíc zvyšovaly přežití a vývoj brouka fazolovky podobně jako druhy SBE navzdory neúplné kolonizaci, což naznačuje, že tyto bakterie nejsou škodlivé, ale prospěšné pro hmyzího hostitele. Naproti tomu testované druhy BCC&P Burkholderia a všechny ostatní bakteriální druhy, které zahrnovaly jiné druhy čeledi Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) a ne-Burkholderiaceae, nebyly schopny se v kryptách usadit. Celkově tedy tyto laboratorní infekční experimenty s použitím půdy nebo kultivovaných bakterií rekapitulovaly pozorovanou přirozenou specifitu R. pedestris pro SBE Burkholderia, i když se zdá, že specifita je v laboratoři širší než v přírodě.
Jaké jsou tedy základní mechanismy výběru partnera, které se podílejí na výběru symbionta? To se zdá být zásadní otázka ve světle obrovské rozmanitosti bakterií v půdě (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), což naznačuje, že tyto mechanismy musí být obzvláště silné a podobné těm, které fungují v symbiózách s luštěninami a chobotnicemi.