A termeszek emésztésének megértése segíthet a bioüzemanyagokban és a rovarok elleni védekezésben

2013. február 18

WEST LAFAYETTE, Ind. - A Purdue Egyetem tudósa szerint a termeszek saját biológiája, az úgynevezett protistáknak nevezett mikroorganizmusok segítségével kulcsfontosságú a rovarok fás anyagának emésztésében.

Michael Scharf, az O. Wayne Rollins/Orkin városi entomológia tanszék tanulmányozza a termeszek emésztését, hogy javítsa a bioüzemanyagok termelését és jobb módszereket találjon a termeszek elleni védekezésre. Az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma becslése szerint a termeszek visszaszorításának és a sérült otthonok helyreállításának költségei évente 2 milliárd dollár az Egyesült Államokban.

A rovar és a bélben élő baktériumok közötti szimbiotikus kapcsolatra összpontosító, a termeszek fás anyagok lebontására vonatkozó tanulmány nagy része arra a következtetésre jutott, hogy a baktériumoknak nyilvánvalóan kevés közük van a termeszek emésztéséhez, ha van ilyen.

Scharf és a Floridai Egyetem munkatársai azt akarták megtudni, hogy az étrend hogyan befolyásolja ezeket a baktériumokat. Ha a baktériumok szerepet játszanak az emésztésben, akkor a rovar által fogyasztott anyagok típusának befolyásolnia kell a termesz bélben élő baktériumközösség összetételét.

Több mint 4500 különböző baktériumfajt soroltak be a termesz belekben. Amikor a termeszek több kolóniáját egymástól függetlenül fa vagy papír táplálékkal táplálták, ezek a baktériumok nem változtak.

"Azt gondolná, hogy az étrend hatalmas ökológiai változásokat okoz a baktériumközösségekben, de nem. Nem találtunk statisztikai különbségeket" - mondta Scharf.

Amit láttak, az sokkal jelentősebb változás volt a génexpresszióban a termeszekben és a rovarok bélben élő baktériumokkal együtt élő protisztákban.

"A baktériumközösségek nagyon stabilnak tűnnek, de a gazda és a protozoon gén expressziója sokat változik az étrend alapján" - mondta Scharf.

A tudósok 10 000 génszekvenciát vizsgáltak a termeszekből és protisztákból, hogy meghatározzák, mely gének expresszálódtak az eltérő étrendek alapján. A fás és lignintartalmú étrenddel táplált termeszek és protiszták megváltoztatták mintegy 500 gén kifejeződését, ami arra késztette Scharfet, hogy ezek a gének fontosak lehetnek a lignin lebontásában, amely a növényi sejtek falában található merev anyag, amelyet a bioüzemanyagok gyártása során nem lehet könnyen lebontani.

"Most sokkal többet látunk a játéktérről" - mondta Scharf.

Annak megértése, hogy mely gének vesznek részt az emésztésben, segít a kutatóknak abban, hogy felkutassák azokat az enzimeket, amelyek valóban lebontják a fás anyagokat a termeszek emésztésében. Ezek az enzimek olyan eszközök lehetnek, amelyeket a tudósok felhasználhatnak a biomassza jobb lebontására és a cukrok kivonására a bioüzemanyagok előállítása során.

A National Science Foundation, a Plant Biotechnology Inc. konzorcium és az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma finanszírozta a kutatást.

Az eredményeket három folyóiratban megjelent cikk részletezte Molekuláris ökológia, Rovar molekuláris biológia, és Rovarbiokémia és molekuláris biológia.

Író: Brian Wallheimer, 765-496-2050, [email protected]

Forrás: Michael Scharf, 765-496-6710, [email protected]

ABSZTRAKT

A Termit Reticulitermes Flavipes Hindgut Lumen prokarióta mikrobiota és válaszai az étrendi lignocellulóz-összetételre

Drion G. Boucias, Yunpeng Cai, Yijun Sun, Verena-Ulrike Lietze, Ruchira Sen, Rhitoban Raychoudhury, Michael E. Scharf

RAz eticulitermes flavipes (Isoptera: Rhinotermitidae) egy rendkívül eusociális rovar, amely béllakó prokariótákkal és eukariótákkal táplálkozási szimbiózisokon keresztül táplálkozási szimbiózisokon keresztül táplálkozik az ellenszenves lignocellulóz diétákon. Az R. flavipes hátsó bélben legfeljebb 12 eukarióta protozoon szimbionta található; a prokarióta szimbiontok számát százra becsülték. Biológiai jelentősége ellenére a mai napig ezt a sokszínű közösséget csak kultúra- és klónfüggő módszerekkel vizsgálták. Sőt, nem világos, hogy a termesz bél mikrobiómái hogyan reagálnak az étrend változásaira, és milyen szerepet játszanak a lignocellulóz emésztésében. Ez a tanulmány a 16S V5-V6 amplikonok nagy áteresztőképességű 454 piroszekvenálását használta az R. flavipes hátsó bél lumen prokarióta mikrobiotájának mintavételezésére és a ligninben gazdag és ligninben szegény cellulóz étrendre adott válaszok összetételének változásainak vizsgálatára 7 napos táplálkozási időszak után. A

475 000 kiváló minőségű leolvasást kaptak, 99,9% -ot baktériumként és 0,11% -ot archeának jelöltek. A főbb bakteriális phylák közé tartoztak a Spirochaetes (24,9%), Elusimicrobia (19,8%), Firmicutes (17,8%), Bacteroidetes (14,1%), Proteobacteriumok (11,4%), Fibrobacteriumok (5,8%), Verrucomicrobia (2,0%), Actinobacteria (1,4%) ) és a Tenericutes (1,3%). Az R. flavipes hátsó bél lumen prokarióta mikrobiota több mint 4761 fajszintű filotípust tartalmaz. Az étrendfüggő elmozdulások azonban nem voltak statisztikailag szignifikánsak vagy egyenletesek a telepeken, ami arra utal, hogy jelentős környezeti és/vagy gazda genetikai hatások vannak a telepszintű mikrobiómák összetételére. Ezek az eredmények betekintést nyújtanak a termesz bél mikrobiom sokféleségébe, és azt sugallják, hogy (i) a prokarióta bél mikrobiota sokkal összetettebb, mint korábban becsülték, és (ii) a környezet, a reproduktív párhatások megalapozása és/vagy a gazda genetikája befolyásolja a mikrobiom összetételét.

ABSZTRAKT

A fa és papír adagolásának összehasonlító metatranszkriptikus aláírása a termesz bélében Reticulitermes flavipes (Isoptera: Rhinotermitidae)

R. Raychoudhury, R. Sen, Y. Cai, Y. Sun, V-U Lietze, D. G. Boucias, M.E. Scharf

ABSZTRAKT

Ligninnel társult metagén expresszió lignocellulóz-emésztő termeszben

Amit Sethi, Jeffrey M. Slack, Elena S. Kovaleva, George W. Buchman, Michael E. Scharf