Symbiotické vztahy vybraných skupin herbivorního hmyzu

Mgr. Nela KOTÁSKOVÁ

Doctoral thesis

Symbiotic relationships of selected herbivorous insect groups

Abstract:

Herbivorní hmyz je druhově nejrozmanitější skupinou živočichů. Hmyz spolu s dalšími organismy, jako jsou bakterie a houby, žije v méně či více těsných svazcích ovlivňujících například hmyzí metabolismu či reprodukci. Tato práce se zaměřuje na obecný souhrn poznatků o symbióze hmyzu s mikroorganismy. Důraz je však kladen na buněčné endosymbionty v čele s modelovým organismem - Wolbachii, jejímiž vztahy s brouky se zabývají první dva předložené články a dále na střevní mikroflóru hmyzu, které se věnuje třetí článek. První studie je revizí dostupných článků zabývajících se vlivy a rozmanitostí superskupin Wolbachie v rámci řádu Coleoptera. Z nashromážděných dat bylo zjištěno, že v řádu Coleoptera jsou nejrozšířenější tři superskupiny Wolbachie - A, B jako nejvíce převládající a dále take superskupina F. Nejvíce studovanými jsou pak herbivorní čeledi Curculionidae a Chrysomelidae. Dále je na základě těchto dat odhadováno, že 38 % broučích druhů je infikováno Wolbachii. Druhá studie je zaměřena na dva druhy nosatců - Strophosoma capitatum (bisexualní druh) a Strophosoma melanogrammum (parthenogenetický druh), a jejich asociace s Wolbachii. Jedinci obou druhů byly sbíráni z geograficky vzdálených lokalit. Méně než polovina jedinců S. capitatum byla infikována Wolbachii. U infikovaných jedinců byl nalezen vždy jen jeden kmen, v rámci druhu se jednalo o tři různé kmeny patřící do superskupin A, B. Všichni jedinci S. melanogrammum byly infikováni jedním kmenem, v rámci druhu pak celkově dvěmi kmeny patřicích do superskupiny B. Tyto výsledky naznačují, že oba druhy byly infikovány vícekrát pomocí horizontálního přenosu. Třetí studie se zabývá houbovou střevní mikrobiotou (mykobiomem) housenek motýlů (listy okusujících a rolujících). Předpokladem bylo, že houbové společenství ve střevech bude podobné společenstvu na fyloplánu hostitelských rostlin, jakožto hlavním zdrojem potravy housenek. Pomocí DNA metabarcodingu byla porovnána diverzita mycobiomu těchto dvou prostředí a bylo zjištěno, že se liší. Mezi nejvýznaměji zastoupenými houbovými rody ve střevech byly rody Penicillium, neidentifikvané Saccharromycetales a Mucor, zatímco u listů se jednalo o rody Holtermanniella, Gibberella (teleomorfa rodu Fusarium) a Seimatosporium.

Abstract:

Herbivorous insects are one of the most diverse animal groups. Insects together with other organisms (bacteria and fungi) are living in more, or less tight relationships, which may affect their, for instance, metabolism or reproduction. The introduction of the thesis is focused on general knowledge about symbiosis between insects and microorganisms. The emphasis is placed on intracellular endosymbionts with leading model organism - Wolbachia - whose diversity in beetles is addressed in the first two attached papers, and gut microbiota of insects covered by the third paper. The first study is review paper which is focused on diversity and relations of Wolbachia supergroup in order Coleoptera. The assembly of available data showed that the most common Wolbachia supergroups in order Coleoptera are supergroup A and B as the most prevalent, and also supergroup F. The most intensively studied have been herbivorous families Curculionidae and Chrysomelidae. According to the collected data, it is estimated that 38% of beetle species are infected by Wolbachia. The second study is focused on two weevil species - Strophosoma capitatum (bisexual) and Strophosoma melanogrammum (parthenogenetic), and their associations with Wolbachia. Individuals of both species were sampled from geographically distant localities. Less than half of individuals of S. capitatum were infected by single Wolbachia strain, within species there were three different strains belonging to supergroups A and B. All individuals of S. melanogrammum were infected, species by two different strains belonging to supergroup B. This suggest that these species had been infected multiple times by horizontal transmission. The third study deal with fungal gut microbiota (mycobiome) of juvenile lepidopteran species (exposed leaf-chewers and leaf-rollers). The expectation was that fungal communities of the guts will be similar those on the host plant phylloplane as the main source of caterpillars´ diet. Using DNA metabarcoding to compare mycobiome diversity of caterpillar guts and host leaves, we observed that these two environments harbour different mycobiomes. The most significantly associated fungal genera of guts were Penicillium, unidentified Saccharromycetales and Mucor, while fungal genera of host leaves were represented mostly by Holtermanniella, Gibberella (teleomorph of Fusarium) and Seimatosporium.

Keywords

hmyz, endosymbiont, Wolbachia, střevní mirkobiota, mykobiota, přenos symbiontů, Coleoptera, Lepidoptera

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 2. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 5. 3. 2021
• Supervisor: doc. Mgr. Pavel Drozd, Ph.D., doc. Mgr. Pavel Drozd, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Biology