Acido palmitoleico come molecola di coordinamento tra il nematode invasivo del pino e i suoi funghi appena associati

The ISME Journal (2023) Citare questo articolo

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I microrganismi simbiotici sono onnipresenti sulla superficie corporea o sui tessuti interni degli invertebrati, fornendo loro benefici. Lo sviluppo di relazioni simbiotiche richiede la sincronizzazione degli stadi di sviluppo e la vicinanza fisica dei partner. Pertanto, l'identificazione dei metaboliti che coordinano la riproduzione dei partner simbiotici è essenziale. Questo studio dimostra che l'acido palmitoleico (C16: 1) coordina la propagazione bilaterale regolando la sincronizzazione della riproduzione tra il nematode invasivo del pino (PWN) e il suo fungo a colorazione blu recentemente associato, Sporothrix sp.1. Quando il PWN si è nutrito di Sporothrix sp.1, si è verificato un aumento significativo dell'espressione genica del metabolismo lipidico e dell'abbondanza di metaboliti. Attraverso ulteriori indagini, si è evidenziato un significativo miglioramento nella riproduzione del PWN attraverso l'acquisizione diretta di C16:1, che era abbondantemente presente in Sporothrix sp.1. Inoltre, il PWN ha biosintetizzato C16: 1 attraverso il coinvolgimento del gene stearoil-CoA 9-desaturasi fat-5 e del suo recettore nucleare ormonale nhr-80, che è stato chiarito per promuovere la capacità di deposizione delle uova delle femmine. Inoltre, vale la pena notare che la produzione di C16: 1 era significativamente più elevata da parte del fungo associato Sporothrix sp.1 per migliorare la sporulazione durante la fase di formazione delle spore rispetto alla fase di crescita dell'ifa. Pertanto, coordinando la fecondità e la produzione di spore, il metabolita lipidico chiave C16: 1 facilita la colonizzazione rapida e di successo di una relazione simbiotica reciprocamente vantaggiosa tra il PWN invasivo e il nativo Sporothrix sp.1 all'interno dell'ospite. Questa scoperta sottolinea il ruolo significativo della condivisione dei metaboliti e la sua funzione nel promuovere la sincronizzazione dei partner all’interno delle relazioni simbiotiche.

I microbi simbiotici sono ampiamente distribuiti e si trovano non solo sulla superficie corporea ma anche all'interno dell'intestino e nella cavità sanguigna degli invertebrati associati. Questi microbi forniscono ai partner ulteriore apporto nutrizionale, crescita, sviluppo e resistenza agli agenti patogeni [1, 2]. Gli studi hanno riportato che i batteri associati sintetizzano gli amminoacidi, fissano l’azoto e degradano la cellulosa, fornendo nutrimento ed energia ai loro partner simbiotici, come formiche, afidi e scarafaggi [3,4,5,6]. Alcuni batteri simbiotici, come Pseudomonas e Streptomyces, possono anche produrre tossine polichetidiche e antibiotici per proteggere i loro partner da microbi patogeni e predatori [7, 8]. Di conseguenza, alcuni insetti hanno sviluppato una serie di strategie per proteggere, trasportare e trasmettere i funghi primari associati come i micangia [9, 10]. Queste interazioni microbi-invertebrati si sono formate e sono persistite nel corso di milioni di anni di evoluzione [11]. L'instaurazione di una relazione simbiotica richiede la coerenza evolutiva dei partner simbiotici che si sovrappongono nel tempo e nello spazio. Tuttavia, l’obiettivo principale della ricerca è stato l’esame delle relazioni simbiotiche ben consolidate e il processo di creazione di nuove relazioni simbiotiche rimane relativamente poco chiaro.

Infatti, le specie invasive mostrano spesso la capacità di stabilire rapidamente nuove associazioni simbiotiche con specie indigene, assumendo così una funzione cospicua nel migliorare l’effetto collo di bottiglia incontrato da piccole popolazioni dell’invasore [1, 12]. I microrganismi simbiotici fungono da partner adatti per le specie invasive come fattore benefico per la loro colonizzazione di successo [13]. Ad esempio, alcune piante legnose non possono essere introdotte con successo senza formare associazioni ectomicorriziche con funghi del suolo [14]. Al contrario, gli organismi invasivi possono accelerare il loro insediamento se incontrano un nuovo partner simbiotico benefico in una regione appena invasa [15, 16]. Ad esempio, dopo aver invaso la Cina, il nematode del pino (PWN), originario del Nord America, ha rapidamente formato una nuova partnership simbiotica con il fungo indigeno della macchia blu, Sporothrix sp.1. Ciò ha migliorato la capacità riproduttiva del nematode e facilitato la sua colonizzazione di successo nel nuovo ambiente ecologico [17]. Inoltre, gli organismi invasivi potrebbero promuovere ulteriormente la diffusione di partner fungini recentemente associati nelle regioni invase per occupare un’importante nicchia ecologica [15, 16]. I metaboliti che coordinano bilateralmente i cicli vitali nel tempo e nello spazio dei partner associati quando dovrebbe essere esplorata una nuova interazione simbiotica.