Multi-Partner Interaktionen im Darm von Feuerwanzen

Feuerwanzen und Baumwollwanzen (Pyrrhocoris apterus and Dysdercus fasciatus, Hemiptera: Pyrrhocoridae) beherbergen eine Gemeinschaft von Aktinobakterien, Firmicutes und Proteobakterien im anaeroben M3-Abschnittes ihres Mitteldarmes. Durch gezielte Manipulation der mikrobiellen Gemeinschaft konnten wir zeigen, dass die aktinobakteriellen Symbionten für den Überlebens- und Reproduktionserfolg der Wanzen essentiell sind, da sie diese mit B-Vitaminen versorgen, die in der natürlichen Nahrungsquelle der Tiere – Samen von Malvengewächsen – nicht in ausreichender Menge vorkommen. Die Symbionten werden vornehmlich vertikal von der Mutter an die Nachkommen über die Eioberfläche weitergegeben, aber horizontale Transmission kann über den Kot konspezifischer Individuen ebenfalls erfolgen. Eine breit angelegte vergleichende Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaften von über 20 verschiedenen Feuerwanzen-Arten zeigte, dass die Symbiose mit Vitamin-versorgenden Symbionten bereits in der späten Kreidezeit entstanden ist, also etwa zu der Zeit, als auch die Wirtspflanzen der Wanzen (Malvengewächse) evolvierten.

Momentan untersuchen wir die molekulare Basis der Wirt-Symbiont-Interaktionen im Feuerwanzen-Darm. Aufgrund der Lokalisation der Symbionten und der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft können Feuerwanzen als Modellsystem für viele Organismen dienen, einschließlich Wirbeltieren. Vor allem interessiert uns, wie das Immunsystem des Wirtes zur Beibehaltung der spezifischen Symbionten-Gemeinschaft beiträgt, sowie die Effekte von Wirt und Symbionten auf die Infektion mit einem spezialisierten Parasiten der Wanzen, dem Trypanosomen-Verwandten Leptomonas pyrrhocoris. Außerdem untersuchen wir, ob die Symbionten zur Entgiftung pflanzlicher Sekundärmetabolite beitragen und dadurch zum evolutionären Erfolg der Wanzen auf Malvengewächsen beigetragen haben.

Beteiligte Forscher:
Martin Kaltenpoth, Thomas Ogao Onchuru, Dr. Adam Martinez

Ausgewählte Publikationen:

Salem, H., Onchuru, T.O., Bauer, E. & Kaltenpoth, M. (2015) Symbiont transmission entails the risk of parasite infection. Biology Letters 11: 20150840.

Sudakaran, S., Retz, F., Kikuchi, Y., Kost, C. & Kaltenpoth, M. (2015) Evolutionary transition in symbiotic syndromes enabled diversification of phytophagous insects on an imbalanced diet. The ISME Journal 9 (12): 2587-2604.

Kaltenpoth, M. (2014) Vitamin-produzierende Symbionten in Feuerwanzen. BIOspektrum 02.14: 144-147.

Bauer, E., Salem, H., Marz, M., Vogel, H. & Kaltenpoth, M. (2014) Transcriptomic immune response of the cotton stainer Dysdercus fasciatus to experimental elimination of vitamin-supplementing intestinal symbionts. PLoS ONE 9 (12): e114865.

Salem, H., Bauer, E., Strauss, A.S., Vogel, H., Marz, M. & Kaltenpoth, M. (2014) Vitamin supplementation by gut symbionts ensures metabolic homeostasis in an insect host. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences 281: 20141838.

Salem, H., Kreutzer, E., Sudakaran, S. & Kaltenpoth, M. (2013) Actinobacteria as essential symbionts in firebugs and cotton stainers (Hemiptera, Pyrrhocoridae). Environmental Microbiology 15 (7): 1956-1968.

Sudakaran, S., Salem, H., Kost, C. & Kaltenpoth, M. (2012) Geographic and ecological stability of the symbiotic mid-gut microbiota in European firebugs, Pyrrhocoris apterus (Hemiptera; Pyrrhocoridae). Molecular Ecology 21: 6134-6151.

Kaltenpoth, M., Winter, S. & Kleinhammer, A. (2009) Localization and transmission route of Coriobacterium glomerans, the endosymbiont of pyrrhocorid bugs. FEMS Microbiology Ecology 69 (3): 373-383.