4.2 Simbioza dintre gândacul de fasole și Burkholderia este foarte specifică
Genul Burkholderia este format din peste 100 de specii și este un grup divers din punct de vedere ecologic (Eberl și Vandamme, 2016). Pe baza analizelor filogenomice, genul este grupat în cel puțin trei clade distincte. Primul include patogeni umani, animale și plante, denumit clada „complexul B. cepacia și B. pseudomallei” (BCC&P) (Mahenthiralingam et al., 2005). Cea de-a doua cladă este formată din numeroase rizobacterii care promovează creșterea plantelor și simbioți de noduli ai plantelor leguminoase, desemnată drept clada „benefică și de mediu asociată plantelor” (PBE) (Suárez-Moreno et al., 2012). Cea de-a treia cladă este formată în principal din specii de mediu, simbionți ai nodulului foliar al plantelor Rubiaceae și simbionți intestinali ai gândacilor urât mirositori și este denumită clada „benefică și de mediu asociată cu gândacii urât mirositori” (SBE) (Peeters et al., 2016; Takeshita și Kikuchi, 2017). Cladele BCC&P, PBE și SBE au fost desemnate recent ca genuri diferite numite Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia și, respectiv, Caballeronia (Beukes et al., 2017). Grupul înfrățit cu acest trio Burkholderia este genul Pandoraea, format în cea mai mare parte din bacterii comune din sol.
Analizele simbionților din populațiile naturale de R. pedestris au demonstrat în mod sistematic colonizarea cu specii Burkholderia (Jung și Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Aceste Burkholderia sunt diverse din punct de vedere genetic, dar aproape toate aparțin cladei SBE. Cu toate acestea, infecția cu specii din clada BCC&P, mai îndepărtată, a fost, de asemenea, raportată într-un studiu privind R. pedestris care iernează (Jung și Lee, 2019).
Cum s-a menționat anterior, prezența criptelor midgutale purtătoare de simbionți bacterieni este foarte frecventă în infraordinul heteropterelor Pentatomomorpha (Kikuchi et al., 2011a). La multe specii din superfamiliile Coreoidea și Lygaeoidea din Pentatomomorpha, aceste cripte sunt, de asemenea, colonizate cu 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). Cu toate acestea, alte Burkholderia, aparținând cladelor BCC&P și PBE, și chiar specii de Cupriavidus și Pseudomonas au fost identificate ocazional în unele specii de insecte urât mirositoare (Boucias et al., 2012; Garcia et al., 2014; Itoh et al., 2014). Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, cu excepția câtorva Burkholderia SBE, izolate de la R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) și Blissus insularis (Xu et al., 2016), niciuna dintre celelalte tulpini (Burkholderia sau altele) nu a fost cultivată și testată pentru capacitatea lor de a reinfecta și coloniza organul simbiotic al insectei. În cele din urmă, criptele intestinului mijlociu la speciile din familia Largidae din superfamilia Pyrrhocoroidea sunt, de asemenea, purtătoare de Burkholderia, dar aceste tulpini sunt distincte de Burkholderia SBE și aparțin strict cladei PBE (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al, 2015).
Împreună, aceste inspecții ale speciilor naturale de insecte urât mirositoare sugerează o colonizare aproape exclusivă a criptelor intestinale medii cu SBE Burkholderia în superfamiliile Coreoidea și Lygaeoidea și cu PBE Burkholderia în familia Largidae din superfamilia Pyrrocoroidea. În mod similar cu ceea ce este ferm stabilit pentru simbionții R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), achiziția de Burkholderia din mediul înconjurător a fost postulată sau demonstrată la toate speciile de insecte urât mirositoare examinate, chiar dacă s-a sugerat că în cazul unora a avut loc o transmitere verticală ocazională (Itoh et al., 2014; Xu et al., 2016). Acest lucru este în contrast cu speciile menționate anterior din cealaltă superfamilie de insecte urât mirositoare, Pentatomoidea, care posedă simbioți gammaproteobacterieni cu transmitere verticală.
Astfel, infecțiile criptelor din intestinul mijlociu la R. pedestris și la speciile de insecte urât mirositoare aliate ale acesteia din superfamiliile Coreoidea, Lygaeoidea și Pyrrocoroidea par să fie controlate de mecanisme de alegere a partenerului care sunt specifice la scara taxonomică largă a grupurilor Burkholderia. Cu toate acestea, din cauza diversității genetice observate a simbioților în fiecare specie de insecte, aceste mecanisme pot avea o specificitate mai relaxată la nivel de specie sau de tulpină.
Două tipuri de experimente de laborator la R. pedestris au susținut această concluzie. În primul rând, la R. pedestris de laborator crescut pe sol, au fost identificate ocazional infecții cu Burkholderia PBE, precum și cu Pandoraea, dar majoritatea covârșitoare a bacteriilor de criptă aparțineau cladei SBE (Itoh et al., 2018a). Într-un al doilea tip de experiment, s-au efectuat teste de infecție a R. pedestris aposymbiotic cu o gamă largă de bacterii în cultură pură, inclusiv 34 de specii de Burkholderia (13 specii de SBE, 12 specii de PBE și 7 specii de BCC&P) și alte 18 specii de bacterii non-Burkholderia diverse din punct de vedere taxonomic (Itoh et al., 2019). Toate speciile de SBE testate au colonizat eficient criptele midgutale, la fel ca și speciile de Pandoraea examinate și majoritatea PBE, chiar dacă Pandoraea și PBE nu au colonizat complet criptele midgutale. Mai mult, speciile PBE și Pandoraea au îmbunătățit supraviețuirea și dezvoltarea gândacului de fasole în mod similar cu speciile SBE, în ciuda colonizării incomplete, ceea ce indică faptul că aceste bacterii nu sunt dăunătoare, ci benefice pentru gazda insectei. În schimb, speciile de Burkholderia BCC&P testate și toate celelalte specii de bacterii, care includeau alte Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) și non-Burkholderiaceae, nu au reușit să se stabilească în cripte. Astfel, în general, aceste experimente de infecție de laborator folosind sol sau bacterii cultivate au recapitulat specificitatea naturală observată a R. pedestris pentru SBE Burkholderia, deși specificitatea pare să fie mai largă în laborator decât în natură.
Ce mecanisme de alegere a partenerului care stau la baza selecției simbiotului sunt implicate în selecția simbiotului? Aceasta pare a fi o problemă fundamentală, având în vedere diversitatea enormă a bacteriilor din soluri (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), ceea ce sugerează că aceste mecanisme trebuie să fie deosebit de puternice și similare cu cele din simbiozele leguminoaselor și ale calamarilor.
.