4.2 Bønnebillen-Burkholderia-symbiosen er meget specifik
Slægten Burkholderia består af over 100 arter og er en økologisk meget forskelligartet gruppe (Eberl og Vandamme, 2016). Baseret på fylogenomiske analyser er slægten grupperet i mindst tre forskellige klader. Den første omfatter human-, dyre- og plantepatogener, kaldet “B. cepacia-komplekset og B. pseudomallei” (BCC&P)-kladen (Mahenthiralingam et al., 2005). Den anden klade består af mange plantevækstfremmende rhizobakterier og knoldsymbionter af bælgplanter, der betegnes som “plant-associeret gavnlig og miljømæssig” (PBE) klade (Suárez-Moreno et al., 2012). Den tredje klade består hovedsageligt af miljøarter, bladknoldsymbionter af Rubiaceae-planter og tarmsymbionter af stankelben, og kaldes “stinkbug-associeret gavnlig og miljømæssig” (SBE) klade (Peeters et al., 2016; Takeshita og Kikuchi, 2017). BCC&P-, PBE- og SBE-kladerne blev for nylig udpeget som forskellige slægter kaldet henholdsvis Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia og Caballeronia (Beukes et al., 2017). Søstergruppen til denne Burkholderia-trio er slægten Pandoraea, der hovedsagelig består af almindelige jordbakterier.
Analyser af symbionter i naturlige populationer af R. pedestris har systematisk påvist kolonisering af Burkholderia-arter (Jung og Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Disse Burkholderia er genetisk forskellige, men næsten alle tilhører SBE-kladen. Ikke desto mindre blev infektion med arter af den mere fjerntliggende BCC&P-klade også rapporteret i en undersøgelse af overvintrende R. pedestris (Jung og Lee, 2019).
Som tidligere nævnt er tilstedeværelsen af bakterielle symbiontbærende midgut-krypter meget almindelig i heteropterernes infraorden Pentatomomorpha (Kikuchi et al., 2011a). Hos mange arter af superfamilierne Coreoidea og Lygaeoidea i Pentatomomorpha er disse krypter også koloniseret med 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). Ikke desto mindre blev andre Burkholderia, der tilhører BCC&P- og PBE-kladerne, og endda Cupriavidus- og Pseudomonas-arter lejlighedsvis identificeret i nogle stinkbug-arter (Boucias et al., 2012; Garcia et al., 2014; Itoh et al., 2014). Det skal dog bemærkes, at bortset fra flere SBE Burkholderia, isoleret fra R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) og Blissus insularis (Xu et al., 2016), er ingen af de andre stammer (Burkholderia eller andre) blevet dyrket og testet for deres evne til at re-inficere og kolonisere insektets symbiotiske organ. Endelig bærer mellemgutkrypterne hos arter af familien Largidae i overfamilien Pyrrhocoroidea også Burkholderia, men disse stammer adskiller sig fra SBE Burkholderia og tilhører strengt taget PBE-kladen (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al, 2015).
Sammen tyder disse inspektioner af naturlige stankelbensarter på en næsten eksklusiv kolonisering af mellemgutkrypterne med SBE Burkholderia i superfamilierne Coreoidea og Lygaeoidea og med PBE Burkholderia i familien Largidae i superfamilien Pyrrocoroidea. I lighed med det, der er fast etableret for R. pedestris-symbionter (Kikuchi et al., 2007), blev miljømæssig erhvervelse af Burkholderia postuleret eller påvist i alle de undersøgte stankelbensarter, selv om lejlighedsvis vertikal overførsel blev foreslået at forekomme i nogle (Itoh et al., 2014; Xu et al., 2016). Dette står i modsætning til de førnævnte arter i den anden stankelbensoverfamilie, Pentatomoidea, som besidder vertikalt overførte gammaproteobakterielle symbionter.
Dermed synes infektioner af mellemgutkrypterne i R. pedestris og dens allierede stankelbensarter i overfamilierne Coreoidea, Lygaeoidea og Pyrrocoroidea at være styret af partnervalgsmekanismer, som er specifikke på den brede taksonomiske skala af Burkholderia-grupper. Ikke desto mindre kan disse mekanismer på grund af den observerede genetiske diversitet af symbionter i de enkelte insektarter have en mere afslappet specificitet på arts- eller stammeplan.
To typer laboratorieforsøg i R. pedestris har understøttet denne konklusion. For det første blev der i laboratorie R. pedestris opdrættet på jord lejlighedsvis identificeret infektioner med PBE Burkholderia såvel som Pandoraea, men det overvældende flertal af kryptbakterier tilhørte SBE-kladen (Itoh et al., 2018a). I en anden type eksperiment blev der udført infektionstest af aposymbiotisk R. pedestris med en bred vifte af bakterier i renkultur, herunder 34 Burkholderia-arter (13 arter af SBE, 12 arter af PBE og 7 arter af BCC&P) og yderligere 18 taksonomisk forskellige ikke-Burkholderia-bakteriearter (Itoh et al., 2019). Alle testede SBE-arter koloniserede effektivt midgut-krypterne, hvilket de undersøgte Pandoraea-arter og de fleste PBE også gjorde, selv om Pandoraea og PBE ikke fuldt ud koloniserede midgut-krypterne. Desuden forbedrede PBE- og Pandoraea-arter bønnebillenes overlevelse og udvikling på samme måde som SBE-arter på trods af den ufuldstændige kolonisering, hvilket tyder på, at disse bakterier ikke er skadelige, men gavnlige for insektværten. I modsætning hertil var de testede BCC&P Burkholderia-arter og alle andre bakteriearter, som omfattede andre Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) og ikke-Burkholderiaceae, ikke i stand til at etablere sig i krypterne. Således gengav disse laboratorieinfektionsforsøg med jord eller dyrkede bakterier overordnet set den observerede naturlige specificitet hos R. pedestris for SBE Burkholderia, selv om specificiteten synes at være bredere i laboratoriet end i naturen.
Hvad er så de underliggende partnervalgsmekanismer, der er involveret i symbionteselektion? Dette synes at være et grundlæggende spørgsmål i lyset af den enorme diversitet af bakterier i jordbunden (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), hvilket tyder på, at disse mekanismer må være særligt stærke og ligne dem i bælgplante- og blæksprutte-symbioserne.