4.2 A simbiose feijo-burkholderia é altamente específica
O gênero Burkholderia consiste em mais de 100 espécies e é um grupo ecologicamente diverso (Eberl e Vandamme, 2016). Com base em análises filogenómicas, o género é agrupado em pelo menos três clades distintos. O primeiro inclui os agentes patogénicos humanos, animais e vegetais, denominados “complexo B. cepacia e B. pseudomallei” (BCC&P) clade (Mahenthiralingam et al., 2005). O segundo clade consiste de muitas rhizobactérias promotoras de crescimento de plantas e simbiontes nodulares de plantas leguminosas, designadas como o clade “benéfico e ambiental associado a plantas” (PBE) (Suárez-Moreno et al., 2012). O terceiro clade consiste principalmente de espécies ambientais, simbiontes de nódulos de folhas de plantas Rubiaceae, e simbiontes intestinais de percevejos mal cheirosos, e é chamado de clade “benéfico e ambiental associado a percevejos mal cheirosos” (SBE) (Peeters et al., 2016; Takeshita e Kikuchi, 2017). Os clades BCC&P, PBE, e SBE foram recentemente designados como diferentes gêneros chamados Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia, e Caballeronia, respectivamente (Beukes et al., 2017). O grupo irmão deste trio Burkholderia é o gênero Pandoraea, constituído principalmente por bactérias comuns do solo.
Análises dos simbiontes em populações naturais de R. pedestris demonstraram sistematicamente a colonização por espécies de Burkholderia (Jung e Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Estes Burkholderia são geneticamente diversos, mas quase todos eles pertencem ao clade SBE. No entanto, a infecção com espécies do mais distante BCC&P clade também foi relatada em um estudo de R. pedestris de inverno (Jung e Lee, 2019).
Como mencionado anteriormente, a presença de criptas de midgut portadoras de simbiônte bacteriano é muito comum na infraordem heteropterana Pentatomomorpha (Kikuchi et al., 2011a). Em muitas espécies das superfamílias Coreoidea e Lygaeoidea da Pentatomomorfa, estas criptas também são colonizadas com 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). No entanto, outras espécies de Burkholderia, pertencentes aos clades BCC&P e PBE, e mesmo as espécies Cupriavidus e Pseudomonas, foram ocasionalmente identificadas em algumas espécies de insetos fedorentos (Boucias et al., 2012; Garcia et al., 2014; Itoh et al., 2014). No entanto, deve-se notar que, com exceção de várias SBE Burkholderia, isoladas de R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) e Blissus insularis (Xu et al., 2016), nenhuma das outras linhagens (Burkholderia ou outra) foi cultivada e testada por sua capacidade de re-infectar e colonizar o órgão simbiótico do inseto. Finalmente, as criptas midgut em espécies da família Largidae da superfamília Pyrrhocoroidea também carregam Burkholderia, mas essas cepas são distintas da SBE Burkholderia e pertencem estritamente ao clade PBE (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al., 2015).
Conjuntamente, estas inspecções de espécies naturais de percevejos malcheirosos sugerem a colonização quase exclusiva das criptas de midgut com SBE Burkholderia nas superfamílias Coreoidea e Lygaeoidea e com PBE Burkholderia na família Largidae da superfamília Pyrrocoroidea. Similar ao que está firmemente estabelecido para os simbiontes de R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), a aquisição ambiental de Burkholderia foi postulada ou demonstrada em todas as espécies de percevejos malcheirosos examinadas, mesmo que tenha sido sugerida a ocorrência de transmissão vertical ocasional em algumas (Itoh et al., 2014; Xu et al., 2016). Isto contrasta com as espécies acima mencionadas da outra superfamília de stinkbug, a Pentatomoidea, que possui simbiontes gama-proteobacterianos transmitidos verticalmente.
Thus, as infecções das criptas midgut em R. pedestris e suas espécies aliadas stinkbug nas superfamílias Coreoidea, Lygaeoidea e Pyrrocoroidea parecem ser controladas por mecanismos de escolha de parceiros que são específicos na ampla escala taxonômica dos grupos de Burkholderia. No entanto, devido à diversidade genética observada dos simbiontes em cada espécie de insecto, estes mecanismos podem ter uma especificidade mais relaxada ao nível da espécie ou estirpe.
Dois tipos de experiências laboratoriais em R. pedestris têm apoiado esta conclusão. Primeiro, em laboratório R. pedestris cultivados no solo, infecções com PBE Burkholderia bem como Pandoraea foram ocasionalmente identificadas, mas a esmagadora maioria das bactérias criptas pertenciam ao clade SBE (Itoh et al., 2018a). Num segundo tipo de experimento, testes de infecção com R. pedestris aposymbiotic foram realizados com uma ampla gama de bactérias em cultura pura, incluindo 34 espécies de Burkholderia (13 espécies de SBE, 12 espécies de PBE, e 7 espécies de BCC&P) e mais 18 espécies de bactérias não-Burkholderia taxonomicamente diversas (Itoh et al., 2019). Todas as espécies de SBE testadas colonizaram eficientemente criptas de intestino médio, assim como as espécies examinadas de Pandoraea e a maioria das PBE, mesmo que a Pandoraea e PBE não tenham colonizado completamente as criptas de intestino médio. Além disso, as espécies PBE e Pandoraea melhoraram a sobrevivência e desenvolvimento do percevejo semelhante ao SBE apesar da colonização incompleta, indicando que estas bactérias não são prejudiciais mas benéficas para o hospedeiro do insecto. Em contraste, as espécies testadas BCC&P Burkholderiaceae e todas as outras espécies bacterianas, que incluíam outras Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) e não-Burkholderiaceae, foram incapazes de se estabelecerem nas criptas. Assim, em geral, estas experiências de infecção laboratorial usando o solo ou bactérias cultivadas recapitularam a especificidade natural observada de R. pedestris para SBE Burkholderia, embora a especificidade pareça ser mais ampla no laboratório do que na natureza.
Quais são então os mecanismos subjacentes de escolha de parceiros envolvidos na selecção de simbiontes? Esta parece ser uma questão fundamental à luz da enorme diversidade de bactérias nos solos (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), o que sugere que estes mecanismos devem ser particularmente poderosos, e semelhantes aos das simbioses de leguminosas e lulas.