Hemipterans или настоящие ошибки были тщательно изучены с точки зрения симбионтов, связанных с ними. Предыдущие исследования показали, что большинство гемиптероидных насекомых, питающихся соками растений, содержат микробных симбионтов внутриклеточно в специализированных клетках-хозяевах в своем теле. Напротив, клопы, которые питаются репродуктивными частями растений (семяпочками цветов и семенами), часто связаны с внеклеточными симбионтами, ограниченными специализированными структурами вдоль кишечника или локализованными непосредственно в средней части кишечника. Обычно известно, что эти симбионты обеспечивают своих насекомых-хозяев питательными веществами, которые в противном случае испытывают дефицит в их источнике пищи, и в некоторых случаях могут также помочь нейтрализовать токсины растений.
Среди них — светлячки (Pyrrhocoridae), которые питаются семенами растений, относящихся к отряду растений Malvales. Семена мальвалес богаты токсичными аллелохимическими веществами и бедны некоторыми необходимыми питательными веществами. В результате относительно небольшое количество видов травоядных насекомых полагаются на семена мальвалеса в качестве источника пищи. Предыдущие исследования показали, что европейские светлячки (Pyrrhocoris apterus) являются носителями кишечных микробов, которые необходимы для их успешного развития (см.
Наш пресс-релиз «Жукам нужны симбиотические бактерии для использования семян растений», 9 января 2013 г.) и, в частности, бактериальные симбионты из Coriobacteriaceae. семья предоставляет своим насекомым-хозяевам витамины группы В (см. наш пресс-релиз «Диетологи внутри» от 1 декабря 2014 г.). Тем не менее, оставалось неизвестным, широко ли кишечные микробы, идентифицированные у светлячков, распространены среди различных видов светлячков и позволили ли кишечные микробы успешно переключиться с их исконного источника пищи в экологическую нишу Мальвалес.
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи использовали высокопроизводительную технологию секвенирования, чтобы охарактеризовать микробиоту кишечника, связанную с множеством членов семейства Firebug и его сестринского семейства, окаймленных растениями или Largidae. Они обнаружили, что многие представители семейства Firebug имеют одну и ту же основную микробиоту.
Интересно, что все таксоны насекомых, в которых обитала основная микробиота, были ограничены одной кладой в пределах Pyrrhocoridae, в то время как основные микробы полностью отсутствовали в их сестринском семействе, Largidae. Согласно филогенетическому анализу, ассоциация между клопами и основной микробиотой возникла около 81 миллиона лет назад (в конце мелового периода), что совпало с появлением их растений-хозяев, мальвалесов. «Приобретение связанной с кишечником основной микробиоты, по-видимому, позволило огненным жукам успешно преодолеть защитные силы растений и недостатки питания и использовать семена мальвалеса в качестве источника пищи», — объясняет Сайлендхаран Судакаран, первый автор исследования. Следовательно, высокое видовое разнообразие, наблюдаемое в группе клопов, являющихся носителями специализированной кишечной микробиоты, предполагает, что микробные симбионты сыграли важную роль в том, что они позволили клопам диверсифицироваться в этой экологической нише и расширились до большого числа видов, наблюдаемых сегодня.
Насекомые обычно связаны с большим разнообразием микробных симбионтов, и недавние достижения в технологиях секвенирования следующего поколения позволили значительно расширить знания о функциональной важности симбионтов для питания хозяев. Тем не менее, важность симбиоза для того, чтобы позволить хозяевам перейти на новую диету, а затем разделиться на множество разных видов, все еще остается малоизученной. Настоящая публикация представляет собой важное тематическое исследование. "Для нас самый волнующий вопрос, на который еще предстоит ответить, — насколько общим является феномен эволюционных инноваций посредством симбиоза, особенно в том, что касается адаптации насекомых-хозяев к широкому кругу растений-хозяев.
Чтобы лучше понять влияние симбиоза, необходимо больше внимания уделять экологии питания насекомых-хозяев до и после приобретения определенного симбионта или группы симбионтов », — заключают авторы.
Многие насекомые являются серьезными вредителями для коммерчески ценных культур.
Лучшее понимание роли симбиоза в адаптации насекомых к широкому спектру растений может дать нам новые пути к биологическому контролю над основными сельскохозяйственными вредителями.