Жуки Lagria развили необычные физические черты, чтобы защитить свое потомство: небольшие инвагинации на спине личинок населены защитными бактериями.

Как показало новое исследование, симбиотические бактерии защищают жуков от патогенных грибков во время их развития, а также во время линьки, когда они особенно уязвимы.

«Жуки Lagria нашли способ предотвратить опасные грибковые инфекции и обеспечить выживание своего потомства», — сказала Ребекка Янке из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU). В рамках своего докторского диссертационного исследования она исследовала взаимодействие симбионтов и жуков под руководством доктора Лауры Флорес, которая сейчас работает исследователем в Копенгагенском университете, и профессора Мартина Кальтенпота, директора Института химической экологии им. Макса Планка. .

Партнеры по сотрудничеству в Йене и Бразилии также принимали участие в исследовательской работе.

Гладиолусы Burkholderia колонизируют карманы на спине личинок Lagria.

Для беспозвоночных, таких как жуки, кутикула, твердый хитиновый панцирь с тонким водоотталкивающим покрытием, является первой и наиболее важной линией защиты от хищников и патогенов. Однако он также может служить средой обитания микробных симбионтов.

Еще в начале 20 века исследователи обнаружили, что у личинок Lagria hirta на спине есть три небольших кармана, заполненных бактериями. Около 100 лет спустя профессор Мартин Кальтенпот и доктор Лаура Флорес показали, что самки вида Lagria villosa вытесняют симбиотические бактерии при откладывании яиц. Эти бактерии защищают свои яйца от грибковых инфекций на влажной земле. Яйца без этой защиты, обеспечиваемой бактериями Burkholderiagladioli, были поражены плесневыми грибами.

В своей последней работе, опубликованной в The ISME Journal , исследовательская группа показывает, что бактериальные симбионты Lagria villosa обитают в инвагинациях на спинах насекомых в течение всего развития личинок и что эти небольшие карманы остаются открытыми наружу через узкий канал. Кроме того, карманы не осыпаются во время линьки личинок, а остаются неповрежденными на протяжении всего личиночного развития.

«Во время линьки некоторые симбионты высвобождаются на поверхность личинок, где они обеспечивают защиту от грибковой инфекции в этой критической фазе», — добавил профессор Мартин Калтенпот. Lagria villosa — это жуки Lagriinae, которые возникли в Африке и размножаются в Южной Америке с момента их интродукции в 1970-х годах. Они проходят семь личиночных стадий с соответствующими стадиями линьки, прежде чем окукливаются и впоследствии выходят из куколки взрослым насекомым.

Подтверждены штамм Burkholderia Lv-StB и противогрибковый препарат лагриамид

Для дальнейших исследований Ребекка Янке вместе со своими коллегами-исследователями собрала образцы всех стадий жизни жуков с полей в Бразилии для углубленного анализа. Полученные данные показали, что симбионтный штамм Lv-StB гладиолусов Burkholderia, жизненно важный для защиты на стадии яйца, также является основным защитником последующих стадий развития.

Штамм Burkholderia продуцирует противогрибковое соединение, называемое лагриамидом, которое обнаруживается на всех стадиях, т. е. на поверхности яиц, личинок, куколок, а также на внутренней стороне линяющих кутикул. Другое исследование показало, что симбионты присутствовали на личиночных стадиях обоих полов, мужского и женского пола. Во время окукливания самки сохраняют симбионтов для передачи следующему поколению, в то время как титры самцов снижаются.

«Удаление этих бактериальных помощников значительно снижает вероятность выживания молодых личинок , как только они подвергаются воздействию патогенных грибов», — заявила доктор Лаура Флорес. Несмотря на то, что процесс линьки может способствовать удалению повреждающих чужеродных элементов из кутикулы насекомых, в это время личинка также лишается своего защитного слоя и, таким образом, более восприимчива к инфекции.

«Жуки лагрии нашли способ обойти эту проблему, создав карманы в защитном кожухе на спине, которые остаются неповрежденными даже при многократных линьках», — объяснил Флорес.

Исследование опубликовано в журнале ISME и основано на более раннем исследовании, опубликованном в Frontiers in Physiology.