4.2 La simbiosis entre la chinche de la judía y Burkholderia es altamente específica
El género Burkholderia consta de más de 100 especies y es un grupo ecológicamente diverso (Eberl y Vandamme, 2016). Según los análisis filogenómicos, el género se agrupa en al menos tres clados distintos. El primero incluye patógenos humanos, animales y vegetales, y se denomina «complejo B. cepacia y B. pseudomallei» (BCC&P) (Mahenthiralingam et al., 2005). El segundo clado consiste en muchas rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal y simbiontes de nódulos de plantas leguminosas, designado como el clado «beneficioso y ambiental asociado a plantas» (PBE) (Suárez-Moreno et al., 2012). El tercer clado está formado principalmente por especies ambientales, simbiontes de los nódulos de las hojas de las plantas Rubiaceae y simbiontes intestinales de las chinches, y se denomina clado «beneficioso y ambiental asociado a las chinches» (SBE) (Peeters et al., 2016; Takeshita y Kikuchi, 2017). Los clados BCC&P, PBE y SBE fueron designados recientemente como géneros diferentes llamados Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia y Caballeronia, respectivamente (Beukes et al., 2017). El grupo hermano de este trío de Burkholderia es el género Pandoraea, formado principalmente por bacterias comunes del suelo.
Los análisis de los simbiontes en poblaciones naturales de R. pedestris han demostrado sistemáticamente la colonización por especies de Burkholderia (Jung y Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Estas Burkholderia son genéticamente diversas, pero casi todas ellas pertenecen al clado SBE. No obstante, también se informó de la infección con especies del clado BCC&P, más distante, en un estudio de R. pedestris en hibernación (Jung y Lee, 2019).
Como se ha mencionado anteriormente, la presencia de criptas de intestino medio portadoras de simbiontes bacterianos es muy común en el infraorden Pentatomomorpha de los heterópteros (Kikuchi et al., 2011a). En muchas especies de las superfamilias Coreoidea y Lygaeoidea del Pentatomomorpha, estas criptas también están colonizadas por SBE Burkholderia (Boucias et al., 2012; Itoh et al., 2014; García et al., 2014; Kikuchi et al., 2011a, 2005; Kuechler et al., 2016; Ohbayashi et al., 2019b; Olivier-Espejel et al., 2011). No obstante, otras Burkholderia, pertenecientes a los clados BCC&P y PBE, e incluso especies de Cupriavidus y Pseudomonas fueron identificadas ocasionalmente en algunas especies de chinches (Boucias et al., 2012; García et al., 2014; Itoh et al., 2014). Sin embargo, cabe destacar que, a excepción de varias Burkholderia SBE, aisladas de R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) y Blissus insularis (Xu et al., 2016), ninguna de las otras cepas (Burkholderia u otras) han sido cultivadas y probadas para comprobar su capacidad de reinfectar y colonizar el órgano simbiótico del insecto. Por último, las criptas del intestino medio en especies de la familia Largidae de la superfamilia Pyrrhocoroidea también portan Burkholderia, pero estas cepas son distintas de la SBE Burkholderia y pertenecen estrictamente al clado PBE (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al., 2015).
En conjunto, estas inspecciones de especies de chinches naturales sugieren una colonización casi exclusiva de las criptas del intestino medio con SBE Burkholderia en las superfamilias Coreoidea y Lygaeoidea y con PBE Burkholderia en la familia Largidae de la superfamilia Pyrrocoroidea. De forma similar a lo que está firmemente establecido para los simbiontes de R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), se postuló o demostró la adquisición ambiental de Burkholderia en todas las especies de chinches examinadas, incluso si se sugirió que la transmisión vertical ocasional ocurría en algunas (Itoh et al., 2014; Xu et al., 2016). Esto contrasta con las especies mencionadas de la otra superfamilia de chinches, la Pentatomoidea, que poseen simbiontes gammaproteobacterianos de transmisión vertical.
Por lo tanto, las infecciones de las criptas del intestino medio en R. pedestris y sus especies de chinches aliadas en las superfamilias Coreoidea, Lygaeoidea y Pyrrocoroidea parecen estar controladas por mecanismos de elección de pareja que son específicos en la amplia escala taxonómica de los grupos de Burkholderia. Sin embargo, debido a la diversidad genética observada de los simbiontes en cada especie de insecto, estos mecanismos pueden tener una especificidad más relajada a nivel de especie o cepa.
Dos tipos de experimentos de laboratorio en R. pedestris han apoyado esta conclusión. En primer lugar, en R. pedestris de laboratorio criado en el suelo, se identificaron ocasionalmente infecciones con PBE Burkholderia así como Pandoraea, pero la abrumadora mayoría de las bacterias de las criptas pertenecían al clado SBE (Itoh et al., 2018a). En un segundo tipo de experimento, se realizaron pruebas de infección de R. pedestris aposimbiótica con una amplia gama de bacterias en cultivo puro, incluyendo 34 especies de Burkholderia (13 especies de SBE, 12 especies de PBE y 7 especies de BCC&P) y otras 18 especies bacterianas no Burkholderia taxonómicamente diversas (Itoh et al., 2019). Todas las especies de SBE probadas colonizaron eficientemente las criptas del intestino medio, al igual que las especies de Pandoraea examinadas y la mayoría de las PBE, aunque las Pandoraea y las PBE no colonizaron completamente las criptas del intestino medio. Además, las especies PBE y Pandoraea mejoraron la supervivencia y el desarrollo de la chinche de la judía de forma similar a las especies SBE a pesar de la colonización incompleta, lo que indica que estas bacterias no son perjudiciales sino beneficiosas para el insecto hospedador. Por el contrario, las especies de Burkholderia BCC&P probadas y todas las demás especies bacterianas, que incluían otras Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) y otras que no eran Burkholderiaceae, no pudieron establecerse en las criptas. Por lo tanto, en general, estos experimentos de infección en el laboratorio utilizando el suelo o bacterias cultivadas recapitularon la especificidad natural observada de R. pedestris para SBE Burkholderia, aunque la especificidad parece ser más amplia en el laboratorio que en la naturaleza.
¿Cuáles son entonces los mecanismos subyacentes de elección de pareja involucrados en la selección de simbiontes? Esta parece ser una cuestión fundamental a la luz de la enorme diversidad de bacterias en los suelos (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), lo que sugiere que estos mecanismos deben ser especialmente potentes, y similares a los de las simbiosis de leguminosas y calamares.