4.2 La symbiose punaise des haricots-Burkholderia est hautement spécifique
Le genre Burkholderia comprend plus de 100 espèces et constitue un groupe écologiquement diversifié (Eberl et Vandamme, 2016). Sur la base d’analyses phylogénomiques, le genre est regroupé en au moins trois clades distincts. Le premier comprend des agents pathogènes pour l’homme, les animaux et les plantes, appelé clade « complexe B. cepacia et B. pseudomallei » (BCC&P) (Mahenthiralingam et al., 2005). Le deuxième clade est constitué de nombreuses rhizobactéries favorisant la croissance des plantes et de symbiotes de nodules de légumineuses, désigné comme le clade « bénéfique et environnemental associé aux plantes » (PBE) (Suárez-Moreno et al., 2012). Le troisième clade se compose principalement d’espèces environnementales, de symbiotes de nodules foliaires de plantes Rubiaceae et de symbiotes intestinaux de punaises, et est appelé clade « bénéfique et environnemental associé aux punaises » (SBE) (Peeters et al., 2016 ; Takeshita et Kikuchi, 2017). Les clades BCC&P, PBE et SBE ont récemment été désignés comme des genres différents appelés Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia et Caballeronia, respectivement (Beukes et al., 2017). Le groupe frère de ce trio Burkholderia est le genre Pandoraea, constitué principalement de bactéries communes du sol.
Les analyses des symbiotes dans les populations naturelles de R. pedestris ont systématiquement démontré la colonisation par les espèces Burkholderia (Jung et Lee, 2019 ; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Ces Burkholderia sont génétiquement diversifiées, mais elles appartiennent presque toutes au clade SBE. Néanmoins, une infection par des espèces du clade BCC&P, plus éloigné, a également été signalée dans une étude de R. pedestris hivernant (Jung et Lee, 2019).
Comme mentionné précédemment, la présence de cryptes d’intestin moyen porteuses de symbiotes bactériens est très courante dans l’infraordre des hétéroptères Pentatomomorpha (Kikuchi et al., 2011a). Chez de nombreuses espèces des superfamilles Coreoidea et Lygaeoidea des Pentatomomorpha, ces cryptes sont également colonisées par des Burkholderia SBE (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). Néanmoins, d’autres Burkholderia, appartenant aux clades BCC&P et PBE, et même des espèces de Cupriavidus et Pseudomonas ont été occasionnellement identifiées chez certaines espèces de punaises (Boucias et al., 2012 ; Garcia et al., 2014 ; Itoh et al., 2014). Cependant, il faut noter qu’à l’exception de plusieurs Burkholderia SBE, isolées de R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) et Blissus insularis (Xu et al., 2016), aucune des autres souches (Burkholderia ou autres) n’a été cultivée et testée pour sa capacité à réinfecter et coloniser l’organe symbiotique de l’insecte. Enfin, les cryptes de l’intestin moyen des espèces de la famille des Largidae de la superfamille des Pyrrhocoroidea sont également porteuses de Burkholderia, mais ces souches sont distinctes des Burkholderia SBE et appartiennent strictement au clade PBE (Gordon et al., 2016 ; Sudakaran et al., 2015 ; Takeshita et al, 2015).
Ensemble, ces inspections d’espèces de punaises naturelles suggèrent une colonisation quasi exclusive des cryptes de l’intestin moyen par les Burkholderia SBE des superfamilles Coreoidea et Lygaeoidea et par les Burkholderia PBE de la famille Largidae de la superfamille Pyrrocoroidea. À l’instar de ce qui est fermement établi pour les symbiotes de R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), l’acquisition environnementale de Burkholderia a été postulée ou démontrée chez toutes les espèces de punaises examinées, même si une transmission verticale occasionnelle a été suggérée chez certaines (Itoh et al., 2014 ; Xu et al., 2016). Cela contraste avec les espèces susmentionnées de l’autre superfamille de punaises, les Pentatomoidea, qui possèdent des symbiotes gammaprotéobactériens transmis verticalement.
Donc, les infections des cryptes de l’intestin moyen chez R. pedestris et ses espèces de punaises alliées dans les superfamilles Coreoidea, Lygaeoidea et Pyrrocoroidea semblent être contrôlées par des mécanismes de choix de partenaires qui sont spécifiques à la large échelle taxonomique des groupes Burkholderia. Néanmoins, en raison de la diversité génétique observée des symbiotes dans chaque espèce d’insecte, ces mécanismes peuvent avoir une spécificité plus relâchée au niveau de l’espèce ou de la souche.
Deux types d’expériences en laboratoire chez R. pedestris ont appuyé cette conclusion. Tout d’abord, dans des R. pedestris de laboratoire élevés sur le sol, des infections avec des Burkholderia PBE ainsi que des Pandoraea ont été occasionnellement identifiées, mais la majorité écrasante des bactéries de la crypte appartenait au clade SBE (Itoh et al., 2018a). Dans un deuxième type d’expérience, des tests d’infection de R. pedestris aposymbiotique ont été réalisés avec un large éventail de bactéries en culture pure, y compris 34 espèces de Burkholderia (13 espèces de SBE, 12 espèces de PBE et 7 espèces de BCC&P) et 18 autres espèces bactériennes non-Burkholderia taxonomiquement diverses (Itoh et al., 2019). Toutes les espèces de SBE testées ont colonisé efficacement les cryptes de l’intestin moyen, tout comme les espèces de Pandoraea examinées et la plupart des PBE, même si les Pandoraea et les PBE n’ont pas entièrement colonisé les cryptes de l’intestin moyen. De plus, les espèces PBE et Pandoraea ont amélioré la survie et le développement de la punaise des haricots de la même manière que les espèces SBE malgré une colonisation incomplète, ce qui indique que ces bactéries ne sont pas nuisibles mais bénéfiques pour l’insecte hôte. En revanche, les espèces de Burkholderia BCC&P testées et toutes les autres espèces bactériennes, y compris les autres Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) et les non-Burkholderiaceae, ont été incapables de s’établir dans les cryptes. Ainsi, dans l’ensemble, ces expériences d’infection en laboratoire utilisant le sol ou des bactéries cultivées ont récapitulé la spécificité naturelle observée de R. pedestris pour les Burkholderia SBE, bien que la spécificité semble être plus large en laboratoire que dans la nature.
Quels sont alors les mécanismes sous-jacents de choix de partenaires impliqués dans la sélection des symbiotes ? Cette question semble fondamentale au vu de l’énorme diversité des bactéries dans les sols (Bahram et al., 2018 ; Delgado-Baquerizo et al., 2018), ce qui suggère que ces mécanismes doivent être particulièrement puissants, et similaires à ceux des symbioses de légumineuses et de calamars.
Les mécanismes de sélection des symbioses de légumineuses et de calamars sont également très importants.