Профілювання цукру, амінокислот та неорганічних іонів медоносу від різних видів геміптеранів

Дослідження ролей, методологія, написання - оригінальний проект

неорганічних

Філія Молекулярна наука про рослини/Біохімія рослин, Університет Вуппертала, Вупперталь, Німеччина

Державний інститут пчеловодства, Університет Гогенхайма, Штутгарт, Німеччина

Ролі Концептуалізація, придбання фінансування

Державний інститут пчеловодства, Університет Хогенхайма, Штутгарт, Німеччина

Ролі Концептуалізація, придбання фінансування, нагляд, написання - оригінальний проект

Філія Молекулярна наука про рослини/Біохімія рослин, Університет Вуппертала, Вупперталь, Німеччина

  • Базель Шаабан,
  • Вікторія Зеєбургер,
  • Аннет Шредер,
  • Гертруда Лохаус

Цифри

Анотація

Цитування: Shaaban B, Seeburger V, Schroeder A, Lohaus G (2020) Цукор, амінокислотні та неорганічні іонні профілі медоносів від різних видів геміптеранів, що харчуються Abies alba та Picea abies. PLoS ONE 15 (1): e0228171. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0228171

Редактор: Даніель Дусет, природні ресурси Канади, КАНАДА

Отримано: 17 липня 2019 р .; Прийнято: 8 січня 2020 р .; Опубліковано: 24 січня 2020 р

Наявність даних: Усі відповідні дані знаходяться в рукописі та в допоміжних файлах.

Фінансування: Проект підтримується коштами Федерального міністерства продовольства та сільського господарства (BMEL) на підставі рішення парламенту Федеративної Республіки Німеччина через Федеральне відомство з питань сільського господарства та продовольства (BLE) в рамках програми підтримки інновацій G.L. та A.S. Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису. Додаткового зовнішнього фінансування для цього дослідження не надходило.

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

Вступ

Багато комах із ряду Hemiptera, включаючи більшість попелиць та кокцидів, харчуються флоемним соком відповідних рослин-господарів [1]. У флоемічному соку, як правило, переважає сахароза, концентрація коливається в межах від 0,7 до 1,5 М [2,3,4]. Деякі види рослин на додаток до сахарози також транслокують олігосахариди сімейства рафінозових, такі як члени Олеацеї, або цукрові спирти, такі як члени розових, [5,6].

Сад флоему також містить амінокислоти з концентрацією від 50 до 200 мМ. У деяких видів рослин, особливо GLU, GLN, ASP та ASN є домінуючими амінокислотами [3,4,7,8]. Для кількох комах незамінними є дев’ять амінокислот (HIS, ILE, LEU, LYS, MET, PHE, THR, TRP, VAL) [1]. Незважаючи на те, що всі амінокислоти були знайдені у флоемному соку [3,9], це не ідеальна дієта для комах через високий осмотичний тиск, низьке співвідношення амінокислот у порівнянні з цукрами та співвідношення незамінних до не -необхідна амінокислота, яка нижча у флоемному соку, ніж у білку комах [1]. Отже, живильники флоему поглинають флоем-цукри в кількості, що перевищує їхню потребу у вуглеці, щоб задовольнити свої метаболічні потреби, а високі концентрації цукрів у модифікованому складі потрапляють у вигляді медової роси [10,11].

Медова роса в основному складається з цукрів, але вона також містить неорганічні іони, амінокислоти, білки та інші сполуки [12,13,14,15]. Склад медоносів різний у різних видів комах; на нього також можуть впливати різні види рослин-господарів, сезонні зміни або різні умови навколишнього середовища [9,16,17]. Крім того, на склад медової роси може впливати зміна взаємодії мурашиних попелиць [18]. Більше того, існує значна різниця у складі зразків певного виду попелиці [18].

Різні моносахариди (глюкоза, фруктоза), дисахариди (наприклад, сахароза, трегалоза, мальтоза) та трисахариди (наприклад, мелезітоза, ерлоза, рафіноза) були знайдені в медяній росі [15,17,19,20], але не в соках флоеми деяких деревних порід., де була присутня лише сахароза [2,21]. Наприклад, у вербових дерев сахароза була єдиним цукром, що міститься у флоемному соку, тоді як медова роса флоеми, що живить вербову попелицю (Tuberolachnus salignus), містила різні моно-, ди- та трисахариди [21]. Більше того, спостерігалися великі варіації складу цукру в медоносах трьох видів попелиць, що харчуються одними і тими ж породами дерев (Populus tremula) [18].

Для осмотичної регуляції флоем, що живлять комах, важливо, щоб вони утворювали олігосахариди із сахарози, що потрапляє разом з флоемним соком [10,22,23]. Для різних видів попелиць було продемонстровано позитивний зв’язок між харчовою концентрацією сахарози та вмістом олігосахаридів у медоносі [10,22,23]. Олігосахариди, ймовірно, синтезуються кількома ферментами в кишечнику попелиці [10,24,25].

Асоційовані бактерії також можуть брати участь у поживному обміні у комах [1]. Одними з найбільш вивчених симбіозів цього типу є симбіози бухнери та попелиці, де мікроорганізми беруть участь у забезпеченні незамінних амінокислот попелиць [26,27,28,29]. У випадку з олігосахаридами попелиця, а не пов'язана з нею мікробіота, опосередковує синтез цих цукрів [10].

Метою цього дослідження було визначити пропорції мелезітози та інших цукрів, а також амінокислот та інших іонів у медовій росі різних видів геміптеранів, щоб дослідити, чи відрізняються склади медоносів серед видів геміптеранів та/або серед видів хвойних порід. Таким чином, ми зібрали крапельки медової роси безпосередньо з двох видів Coccidae (Physokermes piceae та Physokermes hemicryphus) та з двох видів Lachninae (Cinara pilicornis та Cinara piceae), розташованих на смереці (Picea abies (L.) H. Kast.), А також з двох лахнін види (Cinara pectinatae та Cinara confinis), розташовані на ялиці (Abies alba Mill.). Проаналізовані види геміптеранів є важливими виробниками медової роси на хвойних рослинах у Німеччині та інших країнах Центральної Європи [30]. Ми визначили цукри, амінокислоти та неорганічні іони в медоносі та дослідили утворення олігосахаридів у різних видів цинари. Результати порівнювали з відповідними пропорціями різних сполук у ексудатах флоем деревних порід.