- Tytuł:
-
Charakteryzacja czynników determinujących skład mikrobiomu w zbiorowiskach owadów.
Identifying patterns in microbiome composition across insect communities. - Autorzy:
- Nowak, Karol
- Opis:
-
Mikroorganizmy symbiotyczne stanowią kluczowy, ale bardzo słabo zbadany aspekt ekologii populacji i zbiorowisk owadów. Ze względu na ich różnorodny i często dramatyczny wpływ na życie i dostosowanie owadów, a także zdolność do przenoszenia się w obrębie gatunku i pomiędzy gatunkami, mogą one potencjalnie odgrywać kluczową rolę w adaptacyjnej odpowiedzi owadów na wyzwania, jakie stawia im zmieniające się środowisko. Ze względu na ogromną różnorodność owadów i ograniczenia metodologiczne, niewiele wiadomo o różnorodności, rozmieszczeniu, roli oraz zmianach składu mikrobioty w czasie i przestrzeni w naturalnych zbiorowiskach owadów.Celem niniejszej pracy było poznanie liczebności i różnorodności mikrobioty w naturalnych zbiorowiskach owadów oraz opisanie wzorców rozmieszczenia ich najbardziej rozpowszechnionych symbiontów z rodzaju Wolbachia. Cel ten został osiągnięty poprzez analizę 1462 muchówek z rodziny Phoridae, taksonu powszechnego, zróżnicowanego i znaczącego z ekologicznego punktu widzenia. Próbki zostały zebrane w ciągu dwóch sezonów z pięciu stanowisk w północnej Szwecji i reprezentowały 133 gatunków, rozpoznanych na podstawie amplikonowych danych genu COI. Badane zbiorowiska były podobne pod względem rozmieszczenia dominujących gatunków, chociaż zaobserwowano znaczące różnice pomiędzy sezonami. Liczebność bakterii u zebranych owadów określono poprzez obliczenie liczby kopii bakteryjnego 16S-V4 rRNA za pomocą plazmidu kwantyfikacyjnego, dodanego do homogenatu na etapie ekstrakcji DNA. Wartości różniły się o pięć rzędów wielkości, nawet pomiędzy owadami tej samej płci, gatunku lub zebranych z tego samego stanowiska. Wartości te były jednak konsekwentnie wyższe u samic. Skład mikrobioty i występowanie poszczególnych bakterii wykazywało wysoką wariację, aczkolwiek dało się zauważyć ogólny wzorzec: w składzie mikrobioty samic przeważały fakultatywne endosymbionty, podczas gdy samce charakteryzowały się większą różnorodnością symbiotycznych bakterii. Najbardziej dominującą, funkcjonalną grupą bakterii były fakultatywne endosymbionty. W szczególności, obecność bakterii z rodzaju Wolbachia została stwierdzona u 83% wszystkich badanych samic oraz 41% samców. Na poziomie genotypów, zaobserwowano silną specyficzność Wolbachii w stosunku do gatunku gospodarza, chociaż niektóre genotypy tej bakterii infekowały wiele gatunków. Ponadto, u jednego z genotypów muchówek zidentyfikowano wzorzec, sugerujący ewolucyjną odpowiedź na niezgodność cytoplazmatyczną indukowaną przez Wolbachię. Otrzymane dane wskazują na znaczący wpływ symbiontów na ekologię i ewolucję różnorodnych gatunków muchówek, na stosunkowo niedawną transmisję szczepów Wolbachii między gatunkami oraz na ich potencjał do umożliwiania gospodarzom szybkiej adaptacji do wyzwań środowiskowych. Badanie ukazuje również, jak rozwój technologiczny pozwala obecnie odpowiadać na pytania dotyczące różnorodności, swoistości i roli mikroorganizmów w zróżnicowanych, naturalnych zbiorowiskach.
Symbioses with microorganisms are crucial, yet very poorly studied, aspects of insect population and community ecology. With their diverse and often dramatic effects on insect life history traits and fitness, as well as their ability to transmit within and across species, they have the potential to play a crucial role in insect responses and adaptations to environmental challenges. However, due to the tremendous diversity of insects and methodological limitations, little is known about the diversity, distribution, roles, and spatial and temporal changes in the composition of the microbiota in natural insect communities.The goal of this study was to understand the abundance and diversity of the microbiota in natural insect communities and to describe the distribution patterns of their most widespread symbionts in the genus Wolbachia. We addressed this goal by characterising host and microbial marker gene amplicon data. We analysed 1462 individual flies in the family Phoridae, a common, diverse, and ecologically significant taxon. The samples were collected during two seasons, from five sites in northern Sweden, and represented 133 fly species based on COI gene amplicon data. The studied communities were similar in terms of dominant species distribution, although little species overlap was observed between the two sampling periods. Bacterial abundances varied by up to five orders of magnitude, even between insects of the same sex, species, or collected from the same community. The females, however, consequently harboured more bacteria than males. The microbiota composition and prevalence of specific bacteria varied substantially, although the general pattern was visible: the female microbiota was mostly dominated by facultative endosymbionts, and the males had a higher diversity of putative gut bacteria. Facultative endosymbionts were the most abundant functional group of bacteria. In particular, Wolbachia infected 83% of all studied females and 41% of males. At the genotype level, a strong host specificity of Wolbachia was observed, although some Wolbachia genotypes infected multiple species. Additionally, a pattern recognised as evolutionary countermeasures against the cytoplasmic incompatibility of Wolbachia was identified in one of the fly genotypes. Together, these data strongly suggest the importance of symbionts in ecology and evolution of diverse phorid flies, the relatively recent transmission of strains among species, and likely potential as agents of rapid adaptation to environmental challenges. The study also shows how technological developments do allow us now, to address broad question about microbial diversity, specificity, and roles in diverse natural communities. - Dostawca treści:
- Repozytorium Uniwersytetu Jagiellońskiego
Inne