Mezidruhová variabilita imunity slunéček a jejich odpověď na stresové podmínky

Bc. Vojtěch Florián

Master's thesis

The interspecific variability of ladybird immunity and its response to stress conditions

Abstract:

V rámci této práce byly srovnávány fyziologické a imunitní parametry více než dvaceti druhů slunéček vyskytujících se převážně na evropských lokalitách. Fyziologie a imunita většiny zahrnutých druhů nebyla dosud zkoumána, a proto bylo cílem práce jejich porovnání s charakteristikami probádanějších druhů, jako je Coccinella septempunctata nebo na evropském kontinentu invazní druh Harmonia axyridis. Bylo zjištěno, že antimikrobiální aktivita je vysoká u druhů ze tří sesterských rodů Harmonia, Hippodamia a Ceratomegilla. Druhy z těchto rodů měly také menší koncentraci proteinů v hemolymfě, proto zřejmě jako primární ochranu proti patogenům využívají především látky nebílkovinné povahy. Vyšší antimikrobiální aktivita proti gramnegativním bakteriím ve srovnání s některými dalšími druhy byla zjištěna také u druhu Exochomus quadripustulatus, který patří do tribu Chilocorini, jenž je blízce příbuzný s tribem Coccinellini sdružujícím většinu testovaných slunéček. Jiné rozdíly v zastoupení hlavních živin nebo síle imunitního systému nebyly mezi jednotlivými fylogenetickými skupinami zjištěny, stejně jako nebyl prokázán vliv rozdílného typu příjmu potravy. V rámci práce byl dále studován vliv přezimování na modelový druh slunéčka Harmonia axyridis. Přezimování je v této práci bráno jako soubor stresových faktorů, které působí na slunéčka v zimním období, a proto mohou mít vliv na jejich hospodaření s živinami a imunitní reakce. Bylo zjištěno, že podmínky přezimování, jako je teplota, mají vliv na hladinu základních živin v hemolymfě slunéček, při čemž byl také prokázán rozdíl mezi přezimováním v laboratorních a přirozených podmínkách. Na rozdíl od slunéček přezimujících v laboratorně simulované zimě, u kterých během přezimování poklesla koncentrace proteinů v hemolymfě, byl u jedinců přezimujících v přírodě pozorován nárůst koncentrace proteinů a lipidů v hemolymfě po zimě. Antimikrobiální aktivita slunéček se v průběhu přezimování většinou neměnila. Byl pozorován pouze mírný pokles v antimikrobiální aktivitě proti Escherichia coli u slunéček, která byla vystavena laboratorně simulované teplé zimě. Naopak u slunéček přezimujících v přírodě byl zjištěn mírný nárůst v antimikrobiální aktivitě proti E. coli. Bylo zjištěno, že slunéčka H. axyridis mají před přezimováním lepší předpoklady buněčné imunity než po přezimování a v průběhu zimy dochází ke snížení celkové koncentrace hemocytů v hemolymfě.

Abstract:

The physiological and immune parameters of more than twenty species of ladybugs occurring mainly in European localities were compared in this work. The physiology and immunity of most of the tested species have not yet been studied, and therefore the aim of the study was to compare them with the characteristics of more studied species, such as Coccinella septempunctata or Harmonia axyridis, which is an invasive species on the European continent. It was found that tested species from the three related genera Harmonia, Hippodamia and Ceratomegilla have strong antimicrobial activity. The haemolymph of species from these genera contains lower concentration of proteins, so it can be assumed, that they use non-protein molecules as a primary protection against pathogens. It was found that higher antimicrobial activity against Escherichia coli is also characteristic for pine ladybird, Exochomus quadripustulatus, belonging to the tribe Chilocorini, which is closely related to tribe Coccinellini containing most of the tested species. Other differences in the proportion of major nutrients or the strength of the immune system were not found among the studied phylogenetic groups, nor was proved the effect of different types of food intake. The work also studied the effect of overwintering on the model species of ladybird Harmonia axyridis. In this work, overwintering is considered as a set of stress factors that affect ladybirds in the winter and can therefore affect their nutrient management and immune responses. Overwintering conditions, such as temperature, have been found to affect the level of essential nutrients in ladybird haemolymph. Differences between overwintering in laboratory and in natural conditions has also been demonstrated. In contrast to ladybird overwintering in laboratory-simulated winter, in which the protein concentration in the haemolymph decreased during overwintering, an increase of protein and lipid concentration in the haemolymph was observed after winter in individuals overwintering under natural conditions. The antimicrobial activity of ladybirds did not change during the winter. Only a slight decrease in antimicrobial activity against E. coli was observed in ladybirds exposed to warm winter simulated in laboratory conditions. In contrast, a slight increase in antimicrobial activity against E. coli was found in ladybirds overwintering under natural conditions. It has been found that harlequin ladybird, H. axyridis, have better preconditions for cellular immunity before overwintering than after overwintering and the total haemocyte concentration in the haemolymph decreases during the winter.

Keywords

slunéčko, slunéčkovití, Coccinellidae, imunita, vrozená imunita, slunéčko východní, Harmonia axyridis, invazivní druh, antimikrobiální aktivita, hemocyty, přezimování, ladybird, ladybug, innate immunity, invasive species, antimicrobial activity, haemocytes, overwintering

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 7. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 17. 9. 2020
• Supervisor: Mgr. Pavel Dobeš, Ph.D.
• Reader: Mgr. Vladimír Půža, Ph.D

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology