3.1 Hymenoptera
Sobre 15% dos ca. 150.000 espécies de himenópteros são fitofágicas. Esta estimativa inclui abelhas que se alimentam de néctar e pólen, formigas que se alimentam de exsudados vegetais, formigas fungiformes (incluindo formigas cortadoras de folhas) (Fig. 2I), vespas que se alimentam de plantas, e o grupo parafilético de linhagens basais de himenópteros (anteriormente chamado Symphyta) que inclui serrinhas, rabos de chifres e vespas da madeira. Muitos hymenopterans estabeleceram simbioses nutricionais íntimas com fungos. Como revisto por Biedermann e Vega (2020), grupos de hímenópteros herbívoros com associações simbióticas com fungos incluem formigas que colhem plantas sobre as quais os fungos são cultivados e depois alimentadas, vespas de madeira que inoculam fungos no xilema para alimentar as suas larvas solitárias, e abelhas sem ferrão que alimentam as suas larvas com uma cultura de fungos que crescem em néctar. Estes fungos facilitam principalmente a digestão de dietas de baixa qualidade como madeira ou folhas, mas também degradam e desintoxicam os compostos defensivos vegetais. Em relação aos mutualistas bacterianos, o microbioma intestinal das abelhas tornou-se um modelo de interacções host-microbe e tem sido intensamente discutido em revisões anteriores (Douglas, 2019; Engel et al., 2016; Zheng et al., 2018). Linhagens bacterianas intestinais distintas são transmitidas verticalmente através de contactos sociais susceptíveis de facilitar a coevolução hospedeiro-simbionte (Engel e Moran, 2013; Moran et al., 2019). Contudo, este modelo sócio-abelha não é representativo da grande maioria das abelhas que são solitárias (> 90% das > 17.500 espécies) (Fig. 2J). Em relação às abelhas sociais, as solitárias apresentam uma maior diversidade e variabilidade no seu microbioma intestinal, que depende fortemente do meio ambiente e da forma como os micróbios são transmitidos entre os insectos individuais (Voulgari-Kokota et al., 2019). Um estudo recente revelou que o microbioma das abelhas megacílides, por exemplo, depende das flores que elas visitam (McFrederick et al., 2017), e Kim et al. (2019) descobriram que o Hymenoptera polinizante pode até agir como agente de transmissão horizontal de simbiontes de plantas. Neste último estudo, uma estirpe de Streptomyces move-se da rizosfera para raízes de morango até às suas flores e é depois transferida por abelhas melíferas polinizadoras para outras flores. Como nas formigas fungiformes (ver abaixo), a estirpe estudada Streptomyces protege as abelhas, mas também as plantas, dos agentes patogénicos. Os simbiontes nos restantes grupos herbívoros de himenópteros, principalmente as serradelas, formigas e vespas biliares, também foram amplamente estudados e, na nossa revisão, detalhamos os resultados de estudos recentes.
Muitas espécies de formigas adquiriram simbiontes bacterianos transmitidos verticalmente ao longo da sua história evolutiva (Moreau, 2020). A maior parte das formigas herbívoras são consideradas como dosselíferas que se alimentam de exsudados vegetais, melada de insectos, pólen e resíduos de vertebrados, e obtêm pouco nitrogénio mesmo quando complementam a sua dieta através da predação. Em Cephalotes, Dolichoderus e Camponotus ants, evidências genômicas sugerem que bactérias localizadas no intestino podem realizar serviços nitrogeno-metabólicos úteis para seus hospedeiros (Bisch et al., 2018; Gil et al., 2003; Hu et al., 2018). Devido ao enriquecimento de simbiontes em formigas herbívoras, e à relação de algumas bactérias intestinais com rizóbios fixadores de nitrogênio que são mutualistas com plantas leguminosas, alguns autores especularam que os endossimbiontes facilitaram a origem e a manutenção do estilo de vida ‘herbívoro’ através desta família de insetos (Kaltenpoth e Flórez, 2020; Russell et al., 2009; Stoll et al., 2007). A fixação de nitrogênio foi originalmente posicionada como um serviço mutualista, mas a demonstração in vivo desta atividade por simbiontes de formigas abrigadas internamente provou ser elusiva, e o seqüenciamento (meta)genômico da caçadeira falhou similarmente em identificar genes de fixação de nitrogênio em endossimbimbimbos abundantes. Tais esforços, no entanto, implicaram simbiontes na reciclagem mutualista do nitrogênio, com estudos nos sistemas Cephalotes e Camponotus combinando experiências in vivo com genômica para apoiar tais papéis (Feldhaar et al., 2007; Gil et al, 2003; Hu et al., 2018).
Além desses táxons, formigas cortadoras de folhas (subtribo Attina, genus Atta e Acromyrmex) estabeleceram associações íntimas com os fungos que cultivam no material vegetal colhido (revisado em Moreau, 2020). Além dessas associações, porém, as formigas cortadoras de folhas estabeleceram simbioses com bactérias. Embora o microbioma intestinal seja bastante simples em atender às formigas, estas espécies mantêm Actinobactérias transmitidas verticalmente (p.ex. Streptomyces) na sua cutícula que produzem antibióticos para suprimir fungos parasitas de jardim, um serviço importante para assegurar que apenas os fungos certos crescem no material vegetal colhido (Currie et al., 1999). Estes biofilmes actinobacterianos cuticulares são transmitidos verticalmente por muitos géneros de formigas fungiformes, o que torna estas espécies excepcionais na manutenção de microbiomas distintos, tanto externa como internamente. Notavelmente, a composição dos microbiomas intestinais parece ser afectada pela presença/ausência destes outros simbiontes na cutícula: os microbiomas intestinais das espécies de formigas portadoras de Actinobactérias cuticulares tendem a ser mais semelhantes do que aqueles sem, especialmente nas linhagens de formigas que surgem mais tarde na história deste táxon (Sapountzis et al, 2019).
As interacções entre as partes inferiores com os simbiontes cuticulares, os simbiontes microbianos intestinais podem afectar a dinâmica social entre as formigas cortadoras de folhas, alterando os químicos cuticulares que as formigas usam como sinais de reconhecimento. No tratamento antibiótico com antibióticos Acromyrmex echinatior levou a um comportamento mais agressivo contra as formigas, que por sua vez se correlacionou com uma diminuição da abundância de dois compostos antifúngicos, que são produzidos contra fungos parasitas de jardim (Teseo et al., 2019). Estes compostos são produzidos por glândulas metapleurais exócrinas que são exclusivas das formigas e que também produzem secreções com propriedades antibióticas que modulam as comunidades de actinobactérias presentes na cutícula da formiga (Poulsen et al., 2003). Após o tratamento antibiótico, quando as formigas foram alimentadas com gotículas fecais, a comunidade bacteriana intestinal foi parcialmente restaurada juntamente com o comportamento normal (Teseo et al., 2019).
As moscas serradas são um grupo de Hymenoptera herbívoro, compreendendo algumas espécies que são pragas graves de trigo. Uma primeira triagem abrangente de seis espécies de moscas serradas representando quatro famílias diferentes de Symphyta (Agridae, Diprionidae, Pamphiliidae e Tenthredinidae) (Fig. 2K) revelou uma baixa diversidade aparente de bactérias intestinais. As bactérias encontradas foram principalmente α- ou γ-proteobactérias que foram atribuídas principalmente à planta hospedeira (Graham et al., 2008). Por exemplo, a Rhanella sp. encontrada em metade das espécies rastreadas pode ter sido adquirida da planta hospedeira, pois foram isoladas da folhagem em outros estudos (por exemplo, Hashidoko et al., 2002). Um estudo mais recente revelou que estas serraduras são colonizadas por uma nova espécie de Spiroplasma, detectada tanto em adultos como em larvas que é provável que seja transmitida vertical ou horizontalmente por larvas que se alimentam do caule interno do trigo (Yeoman et al., 2019). Este simbionte carrega vários genes que codificam o metabolismo dos carboidratos, assim como vias biossintéticas de vitaminas B essenciais. Além disso, os genes Spiroplasma codificam para cardiolipina-sintase e quitinase, ambos potencialmente envolvidos na defesa contra insetos, o que adicionaria serrarias como outro grupo de insetos usando Spiroplasma como simbionte defensivo (Ballinger e Perlman, 2019).
A linhagem de himenópteros Cynipoidea compreende ambos parasitas vegetais e insetos. Dentro desta linhagem, a família Cynipidae (cerca de 1400 spp.) é inteiramente especializada na formação de galinhas, principalmente em carvalhos e roseiras (Ronquist et al., 2015). As vespas Gall induzem as plantas a modificar a sua fisiologia hospedeira e a desenvolver estruturas galvânicas complexas que muitas vezes se assemelham a novos órgãos vegetais. As larvas de vespas alimentam-se dentro da vespa protetora. Uma análise transcripcional dos ovários e glândulas venenosas de duas espécies de vespas vespas revelou que ao contrário de muitas espécies de parasitóides himenópteros, as vespas vespas vespas parecem estar privadas de genes virais ou partículas de vírus nas glândulas venenosas, o que poderia ajudar na reprogramação de células vegetais para o desenvolvimento da vespa (Cambier et al., 2019). No entanto, semelhante aos herbívoros de insetos em outras ordens, é provável que os genes da celulase expressos nas glândulas venenosas e/ou ovários sejam de origem bacteriana. A aquisição de tais genes transferidos horizontalmente pode ter sido uma adaptação importante na evolução dos Cynipidae para se tornarem parasitas vegetais. No entanto, uma abordagem filogenómica em toda a linhagem é necessária para elucidar ainda mais se os genes da celulase têm origem em eventos de transferência de genes horizontais como foi mostrado para o Phasmatodea discutido acima (Shelomi et al, 2016).
Simbiose defensiva foi identificada no Hymenoptera herbívoro, particularmente contra agentes patogênicos que ameaçam jardins fúngicos em formigas cortadoras de folhas (como mencionado acima) ou larvas de abelhas, mas também contra parasitas eucarióticos (revisado em Flórez et al., 2015 e Kaltenpoth e Engl, 2014). Na abelha Bombus terrestis, por exemplo, os simbiontes intestinais reduziram as taxas de infecção pelo parasita Trypanosomatid Crithidia bombi (Koch e Schmid-Hempel, 2011).