Мікрокомп’ютерна томографія дозволяє покращити візуалізацію мікангій у процесі розвитку та між статями в Еввалацея жуки-амброзії

Ролі Концептуалізація, курація даних, дослідження, методологія, візуалізація, написання - оригінальний проект, написання - огляд та редагування

Афілійований відділ рослинництва та ґрунтознавства, Університет Західної Вірджинії, Моргантаун, Західна Вірджинія, Сполучені Штати Америки

Ролі Концептуалізація, розслідування, написання - оригінальний проект, написання - огляд та редагування

Ролі Концептуалізація, придбання фінансування, розслідування, ресурси, написання - оригінальний проект, написання - огляд та редагування

Еллі Шпар,
Метт Т. Кассон,
Тейя Кіджімото

Цифри

Анотація

Цитування: Spahr E, Kasson MT, Kijimoto T (2020) Мікрокомп’ютерна томографія дозволяє посилити візуалізацію мікангій у процесі розвитку та між статями у жуків Euwallacea ambrosia. PLOS ONE 15 (9): e0236653. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236653

Редактор: Лора Беатріз Порро, Лондонський університетський коледж, ВЕЛИКОБРИТАНІЯ

Отримано: 30 січня 2020 р .; Прийнято: 10 липня 2020 р .; Опубліковано: 21 вересня 2020 р

Фінансування: Цю роботу підтримує Hatch [WVA00712] з Національного інституту продовольства та сільського господарства USDA (https://nifa.usda.gov). Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Вирощування грибів, мабуть, найвідоміший приклад опосередкованого грибами симбіозу, розвинулось у багатьох лініях комах або як єдине джерело харчування, або як доповнення харчових потреб [4]. Екологія та еволюція вирощування грибів широко вивчалась у перетинчастокрилих (мурах), Blattodea (термітів) та Coleoptera (жуків) [4, 5]. У мурах і термітів мікофагія еволюціонувала лише один раз і вражаюче випромінювала, приводячи до різноманітних існуючих на сьогоднішній день клад [6, 7]. На відміну від мурах і термітів, жуки неодноразово розвивали харчові симбіози з грибами протягом усього ряду колеоптерів [6, 8].

Жуки-амброзії представляють дві підродини довгоносиків (Curclionidae: Scolytinae, Platypodinae), які підтримують зв'язкові харчові взаємності. В симбіозі амброзії обов’язкові харчові симбіози еволюціонували паралельно із приблизно 11 незалежними джерелами вирощування грибів. Кожна взаємозв'язок збіглася з незалежним походженням спеціалізованих структур (мікангій) для перенесення симбіотичних пропагул всередині або на тілі комахи [5, 8, 9]. Ці структури розвиваються всередині або зовні через голову, грудну клітку та живіт і можуть варіюватися від неглибоких ямок в екзоскелеті до складних мішків або трубчастих структур [9]. Деякі мікангії показали докази залозистих клітин, але поглиблена категоризація потенційних секреторних функцій не була ретельно досліджена у всіх мікангіях [10, 11]. Крім того, поглиблені анатомічні дослідження окремих видів жуків на різних етапах життя або статі ніколи офіційно не досліджувались.

Жуки Euwallacea ambrosia приділяли значну увагу протягом останнього десятиліття через шкоду, яку вони завдають різноманітним деревам у середовищі, де вторглись середовища існування по всьому світу, включаючи Ізраїль, Австралію, Мексику, США та, нещодавно, Південну Африку [12–15] . Виходячи з Азії, ці жуки завдали серйозної шкоди виробництву авокадо у всьому світі та вплинули на численних деревних господарів як у культивованому, так і в лісовому середовищі [16]. Один з видів, що представляє особливий інтерес, Euwallacea validus, інтродукований з Азії на схід США наприкінці 1900-х рр. [17], має парні оральні мікангії та переносники двох видів грибів; первинний поживний симбіонт Fusarium oligoseptatum та Raffaela subfusca, вторинний гриб, який послідовно відновлюється з жіночих голів із інтродукованих популяцій на сході США, але роль якого залишається незрозумілою [13, 18].

Жуки-ксилеборини, включаючи Euwallacea spp., Розмножуються шляхом спарювання гаплодиплоїдного сиб [19]. Як і в типових гаплодиплоїдних репродуктивних системах, диплоїдні самки вибірково запліднюють яйця, щоб отримати жіноче потомство, тоді як незапліднені гаплоїдні яйця дають початок чоловічому потомству, яке потім буде спаровуватися зі своїми братами та сестрами в галерейному тунелі [20]. Самки жуків відіграють головну роль у опосередкуванні симбіозу з F. oligoseptatum, розподіляючи їх між деревами-господарями, тоді як самці зменшуються в розмірах і не літають; функція всередині галереї зводиться до розмноження та, можливо, підтримки грибків [20].

На сьогоднішній день парні оральні мікангії були описані у дорослих жінок-ксилеборіні з використанням як деструктивних, так і неруйнівних методів секціонування. Дослідження з поперечним перерізом мікротомів (деструктивний метод), такі як повідомлення про Xyleborus glabratus від Фрідріха та співавт. (2008), Xyleborus affinis від Hulcr і Cognato (2010) та Ambrosiodmus lecontei від Li et al. (2015) виявили базову структурну організацію та підтвердили наявність грибкових пропагул [21–23]. Більш детальні структурні дослідження мікангії у Ксилеборіні та близькоспоріднених таксонів (Premnobiina) базуються на методології мікротомів із використанням нових неруйнівних методів візуалізації. Мікангії Ambrosiodmus lecontei, A. minor, Ambrosophilus atratus, Premnobius cavipennis та Euwallacea interjectus спостерігали за багатьма методами (мікротом, сканування LAT та μCT) [24, 25].