Vuxen Lagria villosa som sitter ovanpå en sojabönaväxt. Kredit:Rebekka Janke
Lagriabaggar har utvecklat ovanliga fysiska egenskaper för att skydda sin avkomma:Små invaginationer på larvernas ryggar är bebodda av defensiva bakterier.
Som framgår av en ny studie skyddar de symbiotiska bakterierna skalbaggarna från patogena svampar under deras utveckling och även under smältningsfasen när de är särskilt sårbara.
"Lagriabaggarna har hittat ett sätt att förhindra skadliga svampinfektioner och säkerställa överlevnaden för deras avkomma", säger Rebekka Janke från Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). Som en del av sin doktorsavhandling undersökte hon samspelet mellan symbionter och skalbaggar under ledning av Dr Laura Flórez, som nu arbetar som forskare vid Köpenhamns universitet, och professor Martin Kaltenpoth, chef vid Max Planck Institute for Chemical Ecology .
Samarbetspartners i Jena och Brasilien var också involverade i forskningsarbetet.
Burkholderia gladioli koloniserar fickor på baksidan av Lagria-larverna
För ryggradslösa djur som skalbaggar är nagelbandet, det hårda kitinpansaret med ett tunt, vattenavvisande skydd, den första och viktigaste försvarslinjen mot rovdjur och patogener. Men det kan också fungera som en livsmiljö för mikrobiella symbionter.
Forskare hade upptäckt redan i början av 1900-talet att larver av Lagria hirta hade tre små fickor på ryggen fyllda med bakterier. Cirka 100 år senare visade professor Martin Kaltenpoth och Dr Laura Flórez att honor av arten Lagria villosa pressar ut de symbiotiska bakterierna medan de lägger ägg. Dessa bakterier skyddar sina ägg från svampinfektioner på den fuktiga marken. Ägg utan detta försvar från bakterien Burkholderia gladioli översvämmades av mögelsvampar.
I deras senaste arbete publicerat i The ISME Journal , visar forskargruppen att de bakteriella symbionterna av Lagria villosa bebor invaginationerna på ryggen av insekterna under hela larvutvecklingen och att dessa små fickor förblir öppna utåt via en smal kanal. Dessutom fälls fickorna inte ut under smältningen av larverna, utan förblir intakta under hela larvutvecklingen.
"Under smältningen frigörs några av symbionterna på larvernas yta, där de ger skydd mot svampinfektion i denna kritiska fas", tillade professor Martin Kaltenpoth. Lagria villosa är Lagriinae skalbaggar som har sitt ursprung i Afrika och som har förökat sig i Sydamerika sedan de introducerades på 1970-talet. De avslutar sju larvstadier med motsvarande moltningsstadier innan de förpuppas och därefter kommer ut ur puppan som en vuxen insekt.
Burkholderia-stam Lv-StB och antifungal förening lagriamid verifierad
För vidare undersökningar samlade Rebekka Janke in prover från skalbaggarnas alla livsstadier från fält i Brasilien för djupgående analys tillsammans med sina forskarkollegor. Resultaten avslöjade att symbiontstammen Lv-StB av Burkholderia gladioli, som är avgörande för skydd under äggstadiet, också är den främsta försvararen av de efterföljande utvecklingsstadierna.
Burkholderia-stammen producerar en svampdödande förening som kallas lagriamid, som finns i alla stadier, d.v.s. på ytan av ägg, larver, puppor och även på insidan av de smälta nagelbanden. En annan undersökning visade att symbionterna var närvarande under larvstadierna både kön, manliga och kvinnliga. Under förpuppningen behåller honorna symbionterna för överföring till nästa generation medan titrarna minskar hos hanar.
"Avlägsnandet av dessa bakteriella hjälpare försämrar avsevärt överlevnadssannolikheten för de unga larverna så snart de utsätts för patogena svampar", säger Dr Laura Flórez. Även om smältningsprocessen kan bidra till att avlägsna skadliga inkräktare från insekternas nagelband, berövas larven också under denna tid sitt skyddande lager och är därmed mer mottaglig för infektion.
"Lagriabaggarna har hittat ett sätt att kringgå problemet genom att skapa fickor i skyddshöljet på ryggen, som förblir intakta även genom upprepade molting-händelser", förklarade Flórez.
Forskningen är publicerad i The ISME Journal och bygger på tidigare forskning publicerad i Frontiers in Physiology . + Utforska vidare
