Les coléoptères du genre Lagria ont besoin d’un peu d’aide de leurs amis bactériens tout au long de leurs étapes de vie immatures. Mais les garder au même endroit tout au long de la vie n’est pas faisable. En effet, les coléoptères sont des insectes holométaboles, qui subissent une réorganisation corporelle globale (métamorphose) sous forme de pupes.
Ici, les scientifiques montrent pour la première fois que les coléoptères ont développé une solution ingénieuse à ce problème : les pupes femelles gardent leurs bactéries symbiotiques dans des poches spécialisées sur leur dos. Lorsqu’ils émergent à l’âge adulte, ils mélangent les bactéries hors de ces poches, en arrière puis dans leur région génitale.
« Nous montrons ici comment un insecte peut maintenir des partenaires microbiens bénéfiques malgré les réarrangements drastiques des structures corporelles qui se produisent pendant la métamorphose », a déclaré l’auteur correspondant, le Dr Laura V Flórez, chercheur au Département des sciences végétales et environnementales de l’Université de Copenhague. « En modifiant des » poches « uniques sur leur dos, les coléoptères Lagria parviennent à conserver leurs symbiotes protecteurs et à faciliter leur relocalisation pendant la nymphose vers des organes adultes nouvellement développés. »
Scan μCT (tomographie informatisée) d’une pupe de Lagria villosa, montrant les trois poches de stockage uniques pour les symbiotes bactériens en rouge. Les organes intérieurs sont également représentés. Crédit : LV Flórez, RS Janke, S Moog, B Weiss, M Kaltenpoth
« Poches arrière » uniques
Les femelles de nombreuses espèces de Lagria portent un mélange de bactéries bénéfiques dans leurs glandes accessoires, une paire de glandes à côté de l’oviducte. Lorsque les femelles pondent des œufs, les bactéries sont « expulsées » des glandes et déposées à la surface des œufs. Les antibiotiques produits par les bactéries protègent les œufs, les larves et les pupes des coléoptères contre les champignons. Chez l’une des espèces étudiées ici, L. villosa, le plus grand composant du mélange symbiotique est une souche de bactéries Burkholderia appelée Lv-StB, qui a perdu les gènes et les structures cellulaires pour la motilité, et ne peut probablement pas survivre longtemps à l’extérieur. les Beatles.
Flórez et ses collègues montrent que chez les pupes femelles de L. villosa et L. hirta, les symbiotes vivent principalement à l’intérieur des trois poches à deux lobes à l’arrière du thorax, où ils peuvent être nourris par les coléoptères. De telles «poches arrières» chez les larves et les pupes ne sont connues chez aucun autre insecte. Chez les pupes femelles, les symbiotes se rassemblent également à un quatrième endroit, entre les poils à l’arrière de la tête. Les poches ne sont que résiduelles chez les pupes mâles et contiennent peu ou pas de symbiotes. Chez les femelles adultes, les symbiotes vivent exclusivement à l’intérieur des glandes accessoires, qui sont absentes chez les mâles.
« Route longue et sinueuse »
« Les symbiotes partent de la surface très exposée des œufs pour coloniser les poches à l’arrière des larves et des nymphes. Enfin, ils se retrouvent dans des glandes spécialisées associées au système reproducteur des femelles adultes », a résumé le premier auteur Rebekka S Janke, doctorante. étudiant à l’Université Johannes Gutenberg de Mayence.
Mais comment les bactéries colonisent-elles les glandes accessoires après la nymphose ? Pour répondre à cette question, les auteurs ont dispersé environ 1 m de billes fluorescentes en polystyrène, de 1,0 μm de large, sur les premières pupes. Ils montrent ensuite qu’après émergence, la majorité de ces billes se sont retrouvées sur la pointe de l’abdomen. Les auteurs concluent que les perles, comme vraisemblablement les symbiotes, sont mélangées vers les organes génitaux par friction pendant le processus d’émergence. Le mécanisme par lequel les symbiotes colonisent ensuite les glandes accessoires des femelles n’est pas encore connu.
« Au stade adulte, le but principal des organes symbiotiques semble être de permettre une transmission réussie au stade de l’œuf et à la génération suivante. Étant donné que seules les femelles pondent des œufs, les adultes mâles n’ont pas besoin de porter ces symbiotes potentiellement coûteux et sont un impasse pour les bactéries », a déclaré Flórez.
Le coauteur, le Dr Martin Kaltenpoth, professeur à l’Institut Max Planck d’écologie chimique d’Iéna, a ajouté : « Pour mieux comprendre comment les symbiotes bénéfiques sont transmis et maintenus au sein et à travers les générations, nous devrons identifier quels facteurs hôtes et symbiotes régulent le symbiote. Par exemple, l’hôte sélectionne-t-il des symbiotes spécifiques ? Et par quels mécanismes les symbiotes immobiles peuvent-ils coloniser les organes symbiotiques ? »
Rebekka S. Janke et al, Adaptation morphologique pour le maintien et la transmission des ectosymbiotes pendant la métamorphose chez les coléoptères Lagria, Frontières en physiologie (2022). DOI : 10.3389/fphys.2022.979200