4.2 Papuankärsäkkeen ja Burkholderian symbioosi on erittäin spesifinen
Burkholderia-sukuun kuuluu yli 100 lajia, ja se on ekologisesti monimuotoinen ryhmä (Eberl ja Vandamme, 2016). Fylogenomianalyysien perusteella suku on ryhmitelty ainakin kolmeen erilliseen kladiin. Ensimmäinen sisältää ihmis-, eläin- ja kasvipatogeeneja, ja se on nimetty ”B. cepacia complex and B. pseudomallei” (BCC&P) -kladiksi (Mahenthiralingam ym., 2005). Toinen klaadi koostuu monista kasvien kasvua edistävistä ritsobakteereista ja palkokasvien kyhmyjen symbionteista, joita kutsutaan nimellä ”kasveihin liittyvä hyöty- ja ympäristösymbioottiklaadi” (Plant-associated beneficial and environmental, PBE) (Suárez-Moreno ym., 2012). Kolmas kladi koostuu pääasiassa ympäristölajeista, Rubiaceae-kasvien lehtisolukkosymbionteista ja haisukärpästen suolistosymbionteista, ja sitä kutsutaan ”stinkbug-associated beneficial and environmental” (SBE) -kladiksi (Peeters ym., 2016; Takeshita ja Kikuchi, 2017). BCC&P-, PBE- ja SBE-klaadit nimettiin hiljattain eri suvuiksi nimillä Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia ja Caballeronia (Beukes et al., 2017). Tämän Burkholderia-kolmikon sisäryhmä on Pandoraea-suku, joka koostuu enimmäkseen tavallisista maaperän bakteereista.
R. pedestris -lajin luonnonpopulaatioiden symbionttien analyysit ovat systemaattisesti osoittaneet Burkholderia-lajien kolonisaation (Jung ja Lee, 2019; Kikuchi ym., 2005, 2011a). Nämä Burkholderia-lajit ovat geneettisesti monimuotoisia, mutta lähes kaikki niistä kuuluvat SBE-klaadiin. Kuitenkin myös kaukaisempaan BCC&P-klaadiin kuuluvien lajien aiheuttama infektio raportoitiin tutkimuksessa, jossa tutkittiin talvehtivaa R. pedestris -lajia (Jung ja Lee, 2019).
Kuten aiemmin mainittiin, bakteerisymbionttia kantavien keskisuolen kryptien esiintyminen on hyvin yleistä heteroptereiden infraluokassa Pentatomomorpha (Kikuchi ym., 2011a). Monissa Pentatomomorpha-suvun superheimojen Coreoidea ja Lygaeoidea lajeissa nämä kryptat ovat myös kolonisoituneet SBE Burkholderia -bakteerilla (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). Joistakin haisukärpäslajeista tunnistettiin kuitenkin satunnaisesti muita BCC&P- ja PBE-klaadeihin kuuluvia Burkholderia- ja jopa Cupriavidus- ja Pseudomonas-lajeja (Boucias ym., 2012; Garcia ym., 2014; Itoh ym., 2014). On kuitenkin huomattava, että lukuun ottamatta useita SBE:n Burkholderia-kantoja, jotka on eristetty R. pedestrisistä (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatusista (Ohbayashi et al., 2019b) ja Blissus insularisista (Xu et al., 2016), mitään muita kantoja (Burkholderia- tai muita kantoja) ei ole viljelty ja testattu sen suhteen, voivatko ne infektoitua uudelleen ja kolonisoitua uudelleen tuhohyönteisen symbioottiseen elimeen. Lopuksi, Pyrrhocoroidea-superheimon Largidae-heimon lajien keskisuolen kryptoissa on myös Burkholderiaa, mutta nämä kannat eroavat SBE:n Burkholderiasta ja kuuluvat tiukasti PBE-klaadiin (Gordon ym., 2016; Sudakaran ym., 2015; Takeshita ym, 2015).
Kokonaisuutena nämä luonnossa esiintyvien haisukärpäslajien tarkastukset viittaavat siihen, että Coreoidea- ja Lygaeoidea-superheimoihin kuuluvat SBE-Burkholderiat kolonisoivat keskimmäiset suoliston kryptat lähes yksinomaan ja Pyrrocoroidea-superheimon Largidae-heimoon kuuluvat PBE-Burkholderiat. Samoin kuin R. pedestris -symbionteista on vakiintuneesti todettu (Kikuchi ym., 2007), Burkholderian ympäristöhankinta postuloitiin tai osoitettiin kaikissa tutkituissa haisukärpäslajeissa, vaikka satunnaisen vertikaalisen siirtymisen oletettiin tapahtuvan joissakin lajeissa (Itoh ym., 2014; Xu ym., 2016). Tämä on vastakohta edellä mainituille toisen haisukärpästen superheimon, Pentatomoidea, lajeille, joilla on vertikaalisesti siirtyviä gammaproteobakteerisymbionttia.
Siten R. pedestris -lajin ja sen sukulaislajien Coreoidea-, Lygaeoidea- ja Pyrrocoroidea-superheimoihin kuuluvien haisukärpäslajien keskimmäisten suoliston kryptien infektioita näyttävät hallitsevan kumppaninvalintamekanismit, jotka ovat spesifisiä laajassa taksonomisessa mittakaavassa Burkholderia- ryhmien suhteen. Koska kussakin hyönteislajissa on havaittu symbionttien geneettistä monimuotoisuutta, näillä mekanismeilla voi kuitenkin olla löyhempi spesifisyys laji- tai kantatasolla.
Kahdentyyppiset laboratoriokokeet R. pedestris -lajilla ovat tukeneet tätä päätelmää. Ensinnäkin maaperässä kasvatetussa laboratoriossa kasvatetussa R. pedestris -lajissa havaittiin satunnaisesti infektioita PBE Burkholderia- sekä Pandoraea-bakteerien kanssa, mutta ylivoimainen enemmistö kryptobakteereista kuului SBE-klaadiin (Itoh ym., 2018a). Toisessa koetyypissä tehtiin aposymboottisen R. pedestrisin infektiokokeita laajalla bakteerivalikoimalla puhdasviljelyssä, mukaan lukien 34 Burkholderia-lajia (13 lajia SBE:stä, 12 lajia PBE:stä ja 7 lajia BCC&P:stä) ja lisäksi 18 taksonomisesti monipuolista muuta kuin Burkholderia-bakteerilajia (Itoh ym., 2019). Kaikki tutkittavat SBE-lajit kolonisoivat tehokkaasti välikarsinan kryptat, samoin kuin tutkittavat Pandoraea-lajit ja useimmat PBE-lajit, vaikka Pandoraea- ja PBE-lajit eivät kolonisoineetkaan välikarsinan kryptoja kokonaan. Lisäksi PBE- ja Pandoraea-lajit paransivat papukuoriaisen selviytymistä ja kehitystä samalla tavoin kuin SBE-lajit epätäydellisestä kolonisaatiosta huolimatta, mikä osoittaa, että nämä bakteerit eivät ole haitallisia vaan hyödyttäviä hyönteisen isännälle. Sen sijaan testatut BCC&P Burkholderia-lajit ja kaikki muut bakteerilajit, joihin kuuluivat muut Burkholderiaceae-lajit (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) ja muut kuin Burkholderiaceae-lajit, eivät kyenneet etabloitumaan krypteihin. Kaiken kaikkiaan nämä laboratoriotartuntakokeet, joissa käytettiin maaperää tai viljeltyjä bakteereita, toistivat siis R. pedestrisin havaitun luonnollisen spesifisyyden SBE Burkholderia -bakteereita kohtaan, vaikkakin spesifisyys näyttäisi olevan laajempi laboratoriossa kuin luonnossa.
Mitkä ovat sitten taustalla olevat kumppaninvalintamekanismit, jotka osallistuvat symbionttien valintaan? Tämä vaikuttaa perustavanlaatuiselta kysymykseltä, kun otetaan huomioon maaperän valtava bakteerien monimuotoisuus (Bahram ym., 2018; Delgado-Baquerizo ym., 2018), mikä viittaa siihen, että näiden mekanismien on oltava erityisen voimakkaita ja samankaltaisia kuin palkokasvi- ja kalmarisymbiooseissa.