Nanopore-sequencing characterization of the gut microbiota of Melolontha melolontha larvae: contribution to protection against entomopathogenic nematodes?

Abstract
This study focused on the potential relationships between midgut microbiota of the common cockchafer Melolontha melolontha larvae and their resistance to entomopathogenic nematodes (EPN) infection. We investigated the bacterial community associated with control and unsusceptible EPN-exposed insects through nanopore sequencing of the 16S rRNA gene. Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria, and Bacteroidetes were the most abundant bacterial phyla within the complex and variable midgut microbiota of the wild M. melolontha larvae. The core microbiota was found to include 82 genera, which accounted for 3.4% of the total number of identified genera. The EPN-resistant larvae differed significantly from the control ones in the abundance of many genera belonging to the Actinomycetales, Rhizobiales, and Clostridiales orders. Additionally, the analysis of the microbiome networks revealed different sets of keystone midgut bacterial genera between these two groups of insects, indicating differences in the mutual interactions between bacteria. Finally, we detected Xenorhabdus and Photorhabdus as gut residents and various bacterial species exhibiting antagonistic activity against these entomopathogens. This study paves the way to further research aimed at unravelling the role of the host gut microbiota on the output of EPN infection, which may contribute to enhancement of the efficiency of nematodes used in eco-friendly pest management.
W badaniach skupiono się na potencjalnych związkach pomiędzy mikroflorą jelita środkowego larw chrabąszcza majowego Melolontha melolontha a ich opornością na infekcję przez nicienie entomopatogeniczne (EPN). Za pomocą sekwencjonowania nanoporowego genu 16S rRNA zbadaliśmy zgrupowania bakterii związane z owadami kontrolnymi oraz owadami niewrażliwymi na infekcję przez EPN. W złożonej i zmiennej mikroflorze jelita środkowego dzikich larw M. melolontha najliczniejszymi gatunkami bakterii były Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria i Bacteroidetes. Stwierdzono, że podstawowa mikroflora obejmuje 82 rodzaje, które stanowiły 3,4% ogólnej liczby zidentyfikowanych rodzajów. Larwy owadów oporne na EPN różniły się znacznie od larw kontrolnych liczebnością wielu rodzajów należących do rzędu Actinomycetales, Rhizobiales i Clostridiales. Larwy oporne na EPN różniły się znacznie od larw kontrolnych liczebnością wielu rodzajów należących do rzędu Actinomycetales, Rhizobiales i Clostridiales. Analiza sieci mikroflory bakteryjnej wykazała ponadto różnice w zgrupowaniach kluczowych gatunków pomiędzy tymi dwiema grupami owadów, co wskazuje na różnice we wzajemnych interakcjach między bakteriami. Wśród bakterii zasiedlających jelito owadów wykryliśmy Xenorhabdus i Photorhabdus oraz różne gatunki bakterii wykazujące oddziaływania antagonistyczne względem tych entomopatogenów. Przeprowadzone badania torują drogę kolejnym, mającym na celu wyjaśnienie wpływu mikroflory jelitowej żywiciela na infekcję przez EPN, co może przyczynić się do zwiększenia skuteczności nicieni wykorzystywanych w biologicznych metodach ochrony roślin przed szkodnikami.
Description
Keywords
Melolontha melolontha, entomopathogenic nematodes, gut microbiota, host protection, metataxonomics, Xenorhabdus, Photorhabdus, pest biocontrol, nicienie entomopatogeniczne, mikroflora jelitowa, oporność na infekcję, metataksonomika, biologiczna kontrola liczebności szkodników
Citation
"Pathogens", 2021, Vol. 10, nr 4, e396
ISBN