Eko-ewolucyjne zależności między chrząszczami, roślinami żywicielskimi i endosymbiotycznymi bakteriami

Temat dotyczycący wyjaśnienia ewolucyjnych i ekologicznych interakcji jakie zachodzą między chrząszczami (Coleoptera) a i) roślinami żywicielskimi oraz ii) endosymbiotycznymi bakteriami, został zrealizowany w ramach dwóch projektów.

Pierwszy projekt dotyczył poznania relacji między kserotermicznymi (stepowymi) chrząszczami a ich roślinami żywicielskimi w Europie środkowo-wschodniej. W wyniku przeprowadzonych analiz składu pokarmowego 59 gatunków ryjkowców (Curculionidae) i 55 gatunków stonek (Chrysomelidae) na bazie przygotowanej biblioteki barkodów roślin stepowych (ponad 150 gatunków), wykryto 224 powiązań troficznych. Zweryfikowano rośliny żywicielskie lub opisano preferencje pokarmowe wykorzystując tradycyjne sekwencjonowanie metodą Sangera dla mono- i oligofagów oraz sekwencjonowanie nowej generacji dla polifagów. Badania te dostarczyły informacji nie tylko poszerzających wiedzę na temat ekologii stepowych organizmów ale także stanowią istotną podstawę do efektywnego planowania ochrony entomofauny i flory kserotermicznej w Europie.

Drugi projekt obejmował poznanie relacji troficznych, biologicznych i filogenetycznych między europejskimi gatunkami chrząszczy a bakteriami endosymbiotycznymi. Zasadnicza część projektu dotyczyła bakterii Wolbachia będącej powszechnym endosymbiotem owadów, wpływającym na rozwój i specjację gospodarzy. Prace badawcze obejmowały barkodowanie ok. 300 gatunków chrząszczy z różnych grup troficznych i systematycznych oraz wykrywanie infekcji a następnie genotypowanie szczepów bakterii w zainfekowanych gatunkach. Wyniki pozwoliły na oszacowanie rozpowszechnienia Wolbachia wśród środkowoeuropejskich chrząszczy na poziomie 27% zainfekowanych taksonów. Badania te umożliwiły także poznanie dróg horyzontalnego transferu bakterii poprzez rośliny żywicielskie i ofiary, wpływu Wolbachia na specjację wybranych gatunków chrząszczy, w tym możliwości indukcji partenogenezy u ryjkowców, a także korelacji występowania różnych gatunków bakterii endosymbiotycznych wśród chrząszczy i określenia iż to głównie trofia gospodarzy determinuje skład mikrobiomu.

Realizacja badań w ramach grantów:

Opus (2011/01/B/NZ8/01491) Chrząszcze (Curculionoidea, Chrysomeloidea) i ich rośliny żywicielskie zagrożonych siedlisk kserotermicznych: wnioskowanie o interakcjach ewolucyjnych i ekologicznych na podstawie analizy barkodów DNA – kierownik dr hab. Ł. Kajtoch.

Sonata (2013/11/D/NZ8/00583) Interakcje między chrząszczami a endosymbiotyczną bakterią Wolbachia: znaczenie niszy ekologiczne – kierownik dr hab. Ł. Kajtoch.

Wybrane publikacje:

Kubisz D., Magoga G. , Mazur M.A., Montagna M., Ścibior R., Tykarski P., Kajtoch Ł. 2020. Biogeography and ecology of geographically distant populations of sibling Cryptocephalus leaf beetles. European Zoological Journal. 87: 223-234.

Kolasa M., Ścibior R., Mazur M.A., Kubisz D., Dudek K. Kajtoch Ł. 2019. How hosts taxonomy, trophy and endosymbionts shape microbiome diversity in beetles. Microbial Ecology. 78: 995–1013

Kajtoch Ł., Kolasa M., Kubisz D., Gutowski J. M., Ścibior R., Mazur M. M., Holecová M. 2019. Using host species traits to understand the Wolbachia infection distribution across terrestrial beetles. Scientific Reports. 9: 847 doi:10.1038/s41598-018-38155-5

Kolasa M., Kubisz D., Gutowski J. M., Ścibior R., Mazur M. M., Holecová M., Kajtoch Ł. 2018. Infection by endosymbiotic “male-killing” bacteria in Coleoptera. Folia Biologica (Krakow). 66: 165-178

Kolasa M., Kubisz D., Mazur M.A., Ścibior R., Kajtoch Ł. 2018. Wolbachia prevalence and diversity in selected riverine predatory beetles (Bembidiini and Paederini). Bulletin of Insectology. 71: 193-200

Kotásková N., Kolasa M., Kajtoch Ł. 2018. Contrasting patterns of molecular diversity and Wolbachia infection in bisexual and parthenogenetic Strophosoma weevils (Coleoptera: Curculionidae). Entomological Science. 21: 385–395

Plewa R., Sikora K., Gutowski J.M., Jaworski T., Tarwacki G., Tkaczyk M., Rossa R., Hilszczański J., Magoga G., Kajtoch Ł. 2018. Morphology, genetics and Wolbachia endosymbionts support distinctiveness of Monochamus sartor sartor and M. s. urussovii (Coleoptera: Cerambycidae). Arthropod Systematics & Phylogeny. 120: 354–363

Kajtoch Ł., Kotásková N. 2018. Current state of knowledge on Wolbachia infection among Coleoptera: a systematic review. PeerJ. DOI 10.7717/peerj.4471

Kajtoch Ł., Montagna M., Wanat M. 2018. Species delimitation within the Bothryorrhynchapion weevils: multiple evidence from genetics, morphology and ecological associations. Molecular Phylogenetics and Evolution. 120: 354–363

Kolasa M., Montagna M., Mereghetti V., Kubisz D., Mazur M.A., Kajtoch Ł. 2017. Preliminary evidence of Wolbachia horizontal transmission between Crioceris leaf beetles and Asparagus host plants. European Journal of Entomology. 114: 446–454

Montagna M., Kubisz D., Mazur M.A., Magoga G., Ścibior R., Kajtoch Ł. 2017. Exploring species level taxonomy in the Cryptocephalus flavipes species complex (Coleoptera: Chrysomelidae). Zoological Journal of the Linnean Society. 179: 92–109

Mazur M.A., Holecová M., Lachowska-Cierlik D., Lis A., Kubisz D., Kajtoch Ł. 2016 Selective sweep of Wolbachia and parthenogenetic host genomes on the example of the weevil Eusomus ovulum. Insect Molecular Biology. 25: 701–711

Kajtoch Ł., Kubisz D., Heise W., Mazur M.A., Babik W.2015. Plant –herbivorous beetle networks: Molecular characterization oftrophic ecology within a threatened steppic environment. Molecular Ecology. 24: 4023–4038.

Kajtoch Ł., Mazur M.A. 2015. The impact of environmental conditions on efficiency of host plant DNA barcoding for polyphagous beetles. Environmental Entomology. 44: 325-329

Heise W., Babik W., Kubisz D., Kajtoch Ł. 2015. A three-marker DNA barcoding approach for ecological studies of xerothermic plants and herbivorous insects from central Europe. Botanical Journal of the Linnean Society. 177: 576–592

Kajtoch Ł. 2014. A DNA metabarcoding study of a polyphagous beetle dietary diversity: the utility of barcodes and sequencing techniques. Folia Biologica (Krakow) 62: 223-234.

Kajtoch Ł., Kubisz D., Lachowska-Cierlik D., Mazur M.A. 2013. Conservation genetics of endangered leaf-beetle Cheilotoma musciformis populations in Poland. Journal of Insect Conservation 17: 67–77.

Kubisz D., Kajtoch Ł., Mazur M.A., Lis A., Holecová M. 2012. Conservation genetics of highly isolated populations of xerothermic Crioceris quatuordecimpunctata (Coleoptera: Chrysomelidae). Invertebrate Biology 131: 333-344.