4.2 Symbiosen mellan bönbagge och Burkholderia är mycket specifik
Släktet Burkholderia består av över 100 arter och är en ekologiskt diversifierad grupp (Eberl och Vandamme, 2016). Baserat på fylogenomiska analyser grupperas släktet i minst tre distinkta klasser. Den första omfattar human-, djur- och växtpatogener och kallas ”B. cepacia-komplexet och B. pseudomallei”-kladen (BCC&P) (Mahenthiralingam et al., 2005). Den andra kladen består av många växttillväxtfrämjande rhizobakterier och knölsymbionter hos baljväxter, benämnd kladen ”Plant-associated beneficial and environmental” (PBE) (Suárez-Moreno et al., 2012). Den tredje kladen består huvudsakligen av miljöarter, bladknölsymbionter hos Rubiaceae-växter och tarmsymbionter hos stinkbugs, och kallas ”stinkbug-associated beneficial and environmental” (SBE)-kladen (Peeters et al., 2016; Takeshita och Kikuchi, 2017). BCC&P-, PBE- och SBE-kladerna betecknades nyligen som olika släkten som kallas Burkholderia sensu stricto, Paraburkholderia respektive Caballeronia (Beukes et al., 2017). Systergruppen till denna Burkholderia-trio är släktet Pandoraea, som mestadels består av vanliga jordbakterier.
Analyser av symbionter i naturliga populationer av R. pedestris har systematiskt påvisat koloniseringen av Burkholderia-arter (Jung och Lee, 2019; Kikuchi et al., 2005, 2011a). Dessa Burkholderia är genetiskt olika, men nästan alla tillhör SBE-kladen. Trots detta rapporterades även infektion med arter av den mer avlägsna BCC&P-kladen i en studie av övervintrande R. pedestris (Jung och Lee, 2019).
Som tidigare nämnts är närvaron av bakteriella symbiotbärande mellangärdeskrypter mycket vanlig hos heteroptera infraorder Pentatomomorpha (Kikuchi et al., 2011a). Hos många arter i överfamiljerna Coreoidea och Lygaeoidea i Pentatomomorpha är dessa kryptor också koloniserade med 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). Trots detta identifierades ibland andra Burkholderia, som tillhör BCC&P- och PBE-kladerna, och även Cupriavidus- och Pseudomonas-arter i vissa stinkbågsarter (Boucias et al., 2012; Garcia et al., 2014; Itoh et al., 2014). Det bör dock noteras att förutom flera SBE Burkholderia, som isolerats från R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), Coreus marginatus (Ohbayashi et al., 2019b) och Blissus insularis (Xu et al., 2016), har ingen av de andra stammarna (Burkholderia eller andra) odlats och testats för att undersöka om de har förmågan att återinfektera och kolonisera insektens symbiotiska organ. Slutligen bär också mellanmagens kryptor hos arter i familjen Largidae i överfamiljen Pyrrhocoroidea på Burkholderia, men dessa stammar skiljer sig från SBE-burkholderia och tillhör strikt PBE-kladen (Gordon et al., 2016; Sudakaran et al., 2015; Takeshita et al, 2015).
Tillsammans tyder dessa inspektioner av naturliga stinkbågsarter på en nästan exklusiv kolonisering av mellangärdeskrypten med SBE Burkholderia i superfamiljerna Coreoidea och Lygaeoidea och med PBE Burkholderia i familjen Largidae i superfamiljen Pyrrocoroidea. I likhet med vad som är fast etablerat för symbionter från R. pedestris (Kikuchi et al., 2007), postulerades eller påvisades miljöförvärv av Burkholderia hos alla de undersökta stinkbugsarterna, även om tillfällig vertikal överföring föreslogs förekomma hos vissa (Itoh et al., 2014; Xu et al., 2016). Detta står i kontrast till de ovan nämnda arterna i den andra stinkbugöverfamiljen, Pentatomoidea, som har vertikalt överförda gammaproteobakteriella symbionter.
Därmed tycks infektionerna i mellangärdeskrypten hos R. pedestris och dess allierade stinkbugarter i överfamiljerna Coreoidea, Lygaeoidea och Pyrrocoroidea styras av mekanismer för val av partner som är specifika på Burkholderia-gruppernas breda taxonomiska skala. På grund av den observerade genetiska mångfalden av symbionter hos varje insektsart kan dessa mekanismer dock ha en mer avslappnad specificitet på art- eller stamnivå.
Två typer av laboratorieexperiment i R. pedestris har gett stöd för denna slutsats. För det första, i laboratorie R. pedestris uppfödd på jord, identifierades ibland infektioner med PBE Burkholderia samt Pandoraea, men den överväldigande majoriteten av kryptobakterierna tillhörde SBE-kladen (Itoh et al., 2018a). I en andra typ av experiment utfördes infektionstester av aposymbiotisk R. pedestris med ett brett spektrum av bakterier i renkultur, inklusive 34 Burkholderia-arter (13 arter av SBE, 12 arter av PBE och 7 arter av BCC&P) och ytterligare 18 taxonomiskt diversifierade bakteriearter som inte är Burkholderia (Itoh et al., 2019). Alla testade SBE-arter koloniserade effektivt mellangärdeskryptorna, liksom de undersökta Pandoraea-arterna och de flesta PBE, även om Pandoraea och PBE inte koloniserade mellangärdeskryptorna fullt ut. Dessutom förbättrade PBE- och Pandoraea-arterna bönbaggens överlevnad och utveckling på samma sätt som SBE-arter trots den ofullständiga koloniseringen, vilket tyder på att dessa bakterier inte är skadliga utan nyttiga för insektsvärden. Däremot kunde de testade BCC&P Burkholderia-arterna och alla andra bakteriearter, däribland andra Burkholderiaceae (Ralstonia, Chitinimonas, Cupriavidus) och icke-Burkholderiaceae, inte etablera sig i kryptorna. Så totalt sett återskapade dessa laboratorieinfektionsexperiment med jord eller odlade bakterier den observerade naturliga specificiteten hos R. pedestris för SBE Burkholderia, även om specificiteten verkar vara bredare i laboratoriet än i naturen.
Vilka är då de underliggande partnervalsmekanismerna som är involverade i symbiontvalet? Detta verkar vara en grundläggande fråga mot bakgrund av den enorma mångfalden av bakterier i marken (Bahram et al., 2018; Delgado-Baquerizo et al., 2018), vilket tyder på att dessa mekanismer måste vara särskilt kraftfulla och likna dem i symbioserna med baljväxter och bläckfiskar.