4.2 A babpoloska-Burkholderia szimbiózis rendkívül specifikus
A Burkholderia nemzetség több mint 100 fajból áll, és ökológiailag sokszínű csoport (Eberl és Vandamme, 2016). A filogenomikai elemzések alapján a nemzetség legalább három különböző kládba sorolható. Az elsőbe az ember-, állat- és növénypatogének tartoznak, amelyet “B. cepacia komplex és B. pseudomallei” (BCC&P) kládnak neveztek el (Mahenthiralingam és mtsai., 2005). A második kládot számos növénynövekedést elősegítő rizobaktérium és a hüvelyes növények csomószimbiontái alkotják, amelyet “növényasszociált hasznos és környezeti” (PBE) kládnak neveztek el (Suárez-Moreno és mtsai., 2012). A harmadik klád főként környezeti fajokból, a Rubiaceae növények levélcsomó-szimbiontáiból és a büdösbogarak bélszimbiontáiból áll, és a “büdösbogár-asszociált hasznos és környezeti” (SBE) kládnak nevezik (Peeters és mtsai., 2016; Takeshita és Kikuchi, 2017). A BCC&P, PBE és SBE kládokat a közelmúltban különböző nemzetségeknek nevezték el Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia és Caballeronia néven (Beukes és mtsai., 2017). Ennek a Burkholderia-triónak a testvércsoportja a Pandoraea nemzetség, amely többnyire közönséges talajbaktériumokból áll.
A R. pedestris természetes populációinak szimbiontáinak elemzései szisztematikusan kimutatták a Burkholderia fajok általi kolonizációt (Jung és Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Ezek a Burkholderia fajok genetikailag sokfélék, de szinte mindegyikük az SBE kládba tartozik. Mindazonáltal a távolabbi BCC&P kládba tartozó fajokkal való fertőzésről is beszámoltak a telelő R. pedestris egyik vizsgálatában (Jung és Lee, 2019).
Mint korábban említettük, a baktériumokat hordozó szimbiontákat tartalmazó középbélkripta jelenléte nagyon gyakori a heteroptera infraorder Pentatomomorpha rendben (Kikuchi et al., 2011a). A Pentatomomorpha Coreoidea és Lygaeoidea szupercsaládok számos fajában ezek a kripták szintén SBE Burkholderiával kolonizáltak (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). Mindazonáltal egyes büdösbogárfajokban alkalmanként más, a BCC&P és PBE kládokba tartozó Burkholderia, sőt Cupriavidus és Pseudomonas fajokat is azonosítottak (Boucias et al., 2012; Garcia et al., 2014; Itoh et al., 2014). Meg kell azonban jegyezni, hogy a R. pedestrisből (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatusból (Ohbayashi et al., 2019b) és Blissus insularisból (Xu et al., 2016) izolált több SBE Burkholderia kivételével egyetlen más törzset (Burkholderia vagy más) sem tenyésztettek és vizsgáltak arra vonatkozóan, hogy képesek-e újrafertőzni és kolonizálni a rovar szimbiózis szervét. Végül, a Pyrrhocoroidea szupercsaládba tartozó Largidae családba tartozó fajok középbélkriptáiban is található Burkholderia, de ezek a törzsek különböznek az SBE Burkholderiáktól, és szigorúan a PBE kládba tartoznak (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al, 2015).
Ezek a természetes büdösbogárfajok vizsgálatai együttesen arra utalnak, hogy a középbélkripta szinte kizárólag SBE Burkholderiával kolonizálódott a Coreoidea és Lygaeoidea szupercsaládokban és PBE Burkholderiával a Pyrrocoroidea szupercsalád Largidae családjában. Hasonlóan a R. pedestris szimbionták esetében szilárdan megalapozottakhoz (Kikuchi és mtsai., 2007), a Burkholderia környezeti átvételét valamennyi vizsgált büdösbogárfaj esetében posztulálták vagy bizonyították, még akkor is, ha egyeseknél esetenként vertikális transzmissziót feltételeztek (Itoh és mtsai., 2014; Xu és mtsai., 2016). Ez ellentétben áll a másik büdösbogár szupercsalád, a Pentatomoidea fent említett fajaival, amelyek vertikálisan terjedő gammaproteobakteriális szimbiontákkal rendelkeznek.
Az R. pedestris és a vele rokon Coreoidea, Lygaeoidea és Pyrrocoroidea szupercsaládok büdösbogár fajainak középbélkripta fertőzéseit tehát úgy tűnik, hogy a Burkholderia csoportok széles taxonómiai skáláján specifikus partnerválasztási mechanizmusok irányítják. Mindazonáltal a szimbiontáknak az egyes rovarfajokban megfigyelt genetikai diverzitása miatt ezek a mechanizmusok faj- vagy törzsszinten lazább specificitással rendelkezhetnek.
A R. pedestrisben végzett kétféle laboratóriumi kísérlet alátámasztotta ezt a következtetést. Először is, talajon nevelt laboratóriumi R. pedestrisben alkalmanként PBE Burkholderia, valamint Pandoraea fertőzéseket azonosítottak, de a kriptabaktériumok túlnyomó többsége az SBE kládba tartozott (Itoh et al., 2018a). Egy második típusú kísérletben az aposzimbionta R. pedestris fertőzési teszteket végeztek baktériumok széles skálájával tiszta kultúrában, köztük 34 Burkholderia fajjal (13 SBE faj, 12 PBE faj és 7 BCC&P faj) és további 18 taxonómiailag változatos, nem Burkholderia baktériumfajjal (Itoh et al., 2019). Minden vizsgált SBE-faj hatékonyan kolonizálta a középbél-kriptákat, akárcsak a vizsgált Pandoraea-fajok és a legtöbb PBE, még akkor is, ha a Pandoraea és a PBE nem kolonizálta teljesen a középbél-kriptákat. Sőt, a PBE és a Pandoraea fajok a hiányos kolonizáció ellenére az SBE fajokhoz hasonlóan fokozták a babos poloska túlélését és fejlődését, ami arra utal, hogy ezek a baktériumok nem károsak, hanem hasznosak a rovar gazdaszervezete számára. Ezzel szemben a vizsgált BCC&P Burkholderia fajok és az összes többi baktériumfaj, köztük más Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) és nem Burkholderiaceae fajok nem tudtak megtelepedni a kriptákban. Így összességében ezek a talajban vagy tenyésztett baktériumokkal végzett laboratóriumi fertőzési kísérletek megismételték a R. pedestris SBE Burkholderia iránt megfigyelt természetes specifitását, bár úgy tűnik, hogy a specifitás a laboratóriumban szélesebb körű, mint a természetben.
Melyek tehát a szimbiontaszelekció mögöttes partnerválasztási mechanizmusai? Ez alapvető kérdésnek tűnik a talajban található baktériumok hatalmas diverzitásának fényében (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), ami arra utal, hogy ezeknek a mechanizmusoknak különösen erősnek kell lenniük, és hasonlónak kell lenniük a hüvelyesek és a kalmárok szimbiózisában működő mechanizmusokhoz.