Wyjaśnienie roli bakterii w metabolizmie szkodników roślin
Owady roślinożerne stanowią istotne zagrożenie dla rolnictwa, a ich zwyczaje pokarmowe prowadzą do defoliacji, ograniczenia wzrostu rośliny, a nawet jej śmierci. „Owady roślinożerne powodują również pośrednie szkody, przenosząc śmiertelnie groźne dla roślin patogeny”, wyjaśnia stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie”, Emmanuelle Jousselin, badaczka z francuskiego instytutu INRAE będącego gospodarzem projektu. „Dotyczy to szczególnie owadów żerujących na odpowiadających za transport wody i składników odżywczych sieciach roślin, takich jak tkanka naczyniowa. Mszyce są przykładem prawdopodobnie najbardziej uciążliwych owadów tego rodzaju”.
Zwyczaje pokarmowe owadów
Poznanie zwyczajów pokarmowych owadów jest kluczowe dla opracowania strategii ochrony roślin. Jednym z istotnych czynników jest związek owadów z bytującymi w ich komórkach bakteriami symbiotycznymi. „Rośliny nie przechowują zbyt wielu składników odżywczych”, dodaje Jousselin. „Dlatego, aby rozwiązać problem niedoborów, wiele owadów nawiązało w drodze ewolucji współpracę z bakteriami symbiotycznymi posiadającymi zdolność syntetyzowania niezbędnych składników odżywczych, których brakuje w diecie owada”. Projekt MicroPhan powstał z zamiarem odkrycia, w jaki sposób bakterie wchodzą we współpracę z owadzimi partnerami oraz czy owady otrzymują nowe wsparcie, gdy przestawiają się na inne rośliny. Jousselin interesowało również ustalenie roli bakterii symbiotycznych w długookresowej ewolucji owadów. Przeprowadzenie prac badawczych było możliwe dzięki wsparciu udzielonemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. Badaczka skoncentrowała się na mszycach żerujących na drzewach iglastych. Przeanalizowała setki gatunków mszyc, aby stwierdzić, jakie bakterie towarzyszą każdemu z nich. Ostatecznie ustaliła, że zbadane przez nią mszyce są gospodarzem zasadniczo dla dwóch rodzajów bakterii uczestniczących w odżywianiu się tych owadów. Pierwotna bakteria, Buchnera aphidicola, bytuje w komórkach mszyc wraz z pewną nową bakterią, która odpowiada za funkcje metaboliczne. „Choć można uznać ją za debiutującą, bakteria ta pozostaje na pokładzie już przez dość długi czas – w niektórych przypadkach nawet 30 milionów lat – i ewoluuje wraz ze swoim gospodarzem, mszycami, oraz bakteriami pierwotnymi”, mówi Jousselin. „Ustaliliśmy jednak, że w kilku przypadkach nowo przybyła bakteria została zastąpiona inną”. Uczestnicy projektu zidentyfikowali również bakterię o szczególnej funkcji metabolicznej bytującą w mszycach żerujących na modrzewiu i daglezji zielonej. Jak się okazuje, na drzewach tych żerować mogą wyłącznie mszyce, w których organizmie znajduje się ta bakteria. „To sugerowałoby, że zasiedlenie organizmu mszyc tą bakterią mogło odegrać istotną rolę w kolonizacji obu gatunków drzew iglastych”, przekonuje Jousselin.
Kontrola szkodników upraw
Wyniki projektu rzucają nowe światło na biologię owadów wysysających soki roślinne. „Zdołaliśmy potwierdzić, że ich związki z bakteriami mogą z czasem ulegać zmianie”, mówi badaczka. „Jednak fakt, że wszystkie bakterie pełnią zasadniczo takie same funkcje, wskazuje, że ich wymiana może mieć niewielki wpływ na zwyczaje pokarmowe mszyc”. A zatem powodem, dla którego dochodzi do wymiany bakterii symbiotycznych, mogą być czynniki takie jak konkurowanie bakterii między sobą. „Choć nasze badania mają charakter głównie podstawowy, przyczyniają się do poszerzenia wiedzy na temat ekologii ważnych gatunków owadów”, zauważa Jousselin. „Z punktu widzenia zastosowania, dokładniejsze poznanie roli bakterii symbiotycznych owadów może odegrać kluczową rolę w przewidywaniu odporności tych drugich na zmiany środowiskowe oraz ich potencjału inwazyjnego. Wiedza ta może posłużyć do opracowania strategii kontroli szkodników upraw rolniczych”. Jak przekonuje badaczka, kolejnym krokiem będzie zbadanie, w jaki sposób mszyce kierują zasiedlaniem poszczególnych narządów przez bakterie symbiotyczne oraz jak je kontrolują. „Zazwyczaj, choć nie zawsze, bakterie te zasiedlają konkretne komórki”, mówi. „Zbadanie, czy i w jaki sposób komórki te są regulowane przez mszyce, będzie ważnym krokiem”. Odpowiedź na to pytanie pomoże zrozumieć, w jakim zakresie mszyce są w stanie kontrolować swoją symbiotyczną relację z bakteriami, by zoptymalizować korzyści. „Mam nadzieję, że ten projekt zachęci badaczy do podejmowania dalszych analiz, dzięki którym poznamy ewolucję złożonych związków symbiotycznych”, dodaje na koniec Jousselin.
Słowa kluczowe
MicroPhan, bakterie, naczyniowy, patogeny, rolniczy, symbiotyczny, owady, mszyce
