Бактерии-симбионты помогают клопам питаться семенами растений

Красные с черным огненные клопы-солдатики образуют массовые скопления под липами в Центральной Европе. Их родственники из Африки, Азии и Америки, хлопковые клопы-красильщики, являются серьёзными сельскохозяйственными вредителями хлопчатника и других растений семейства Мальвовые.

Исследователи из Института химической экологии Общества Макса Планка (Йена, Германия) обнаружили, что этим клопам для выживания на семенах хлопка в качестве единственного источника пищи необходимы бактерии-симбионты. С помощью высокопроизводительного секвенирования учёные выяснили, что огненные клопы и красильщики имеют характерное бактериальное сообщество, колонизирующее специфичный отдел средней кишки.

Удаление симбионтов или взаимный обмен бактериями между этими видами клопов приводил к высокой смертности и низкому репродуктивному успеху, что демонстрирует важность бактериальных помощников для роста и размножения. Таким образом, симбиотические бактерии являются ключевым фактором не только для экологического успеха огненных клопов, но и для статуса вредителя у хлопковых красильщиков (Molecular Ecology, декабрь 2012; Environmental Microbiology, в печати).

Роль симбионтов в питании

Учёные из исследовательской группы "Симбиоз насекомых" решили выяснить возможную роль симбиотических бактерий в питании клопов. Расшифровав почти 300 000 копий бактериальных генов 16S рРНК, они обнаружили, что клопы культивируют характерное сообщество из трёх-шести бактериальных симбионтов. Симбионты передаются самками яйцам, а вылупившиеся личинки позже поглощают их, исследуя поверхность яйца. Это гарантирует поддержание симбионтов на протяжении всей жизни и передачу следующему поколению.

Эксперимент с удалением симбионтов

Чтобы проверить, помогают ли бактерии клопам выживать на семенах растений, исследователи провели эксперимент: яйца клопов обрабатывали отбеливателем и этанолом, убивая микробное сообщество на поверхности, но не вредя самому яйцу. Часть яиц затем повторно заражали смесью бактерий из кишечника взрослой особи, а часть оставалась без симбионтов.

Особи без симбионтов демонстрировали значительно более высокую смертность, требовали больше времени для развития во взрослую форму и производили гораздо меньше потомства, чем клопы с их нативными симбионтами. Клопы без симбионтов явно страдали от недоедания, хотя питались теми же семенами, что и их сородичи с бактериями. Это указывает на важный вклад бактерий в питание хозяина.

Интересно, что обмен бактериальными сообществами между огненными клопами и красильщиками также приводил к снижению приспособленности обоих видов, что указывает на высокую специфичность симбиоза, несмотря на сходство сообществ.

Перспективы исследований

Следующие важные шаги — выяснить, предоставляют ли бактерии-симбионты своим хозяевам необходимые питательные вещества, которых не хватает в семенах, или же они помогают детоксифицировать вредные защитные химические вещества растений.

Огненные клопы и красильщики являются идеальными модельными системами для изучения фундаментальных вопросов симбиоза насекомых, поскольку их микробные сообщества можно манипулировать и обменивать, а затем измерять приспособленность хозяев. Подробные знания о взаимодействии насекомых с микробными симбионтами необходимы для понимания физиологии, экологии и эволюции насекомых.

В случае сельскохозяйственных вредителей, таких как хлопковые красильщики, эти знания также могут дать новые подходы для биологического контроля.