Laodelphax striatellus: colture cerealicole, tremate!

Condividi l'articolo di Microbiologia Italia:

Cicaline. Ancora cicaline. Come le mortifere vettrici del batterio Xilella fastidiosa, importate insieme a piante di caffè del Costarica, con scalo in Olanda: Homalodisca vitripennis (Figura 1). Questa volta, però, sono striate, Laodelphax striatellus (Figura 2), e minacciano cereali e pseudo-cereali. Il guaio, per la sussistenza mondiale, non sarà minore.

I cereali di base, principalmente riso, grano, mais, coprono il fabbisogno energetico mondiale. Ma, nelle ultime travagliate decadi, tanto le rese quanto la nutrizione umana sono messe a repentaglio da un’altalena di accessi epidemici virali e batterici. In generale, le patologie virali dei cereali possono distinguersi convenzionalmente in quelle provocate da virus dei semi e del suolo, ed altre provenienti da virus veicolati da insetti.

Laodelphax striatellus ed il suo carico pesante

L’ecosistema interno al tratto digestivo di molti insetti può, francamente, dirsi il modulatore degli stili di vita degli ospiti artopodi, secondo lo studio di J.H. Lee e colleghi. Ma, banalmente, i batteri commensali del canale alimentare sono anche responsabili della regolazione del metabolismo dell’ospite. Esempi suggestivi si riferiscono a larve di Drosophila, nelle quali l’Acetobacter pomorum enterico risolve ritardi di sviluppo, dovuti a malnutrizione, per il tramite di sistemi di segnale insulinici. Così come, lo stesso insetto può giovarsi a livello intestinale del batterio commensale Lactobacillus plantarum, agendo a monte di sistemi TOR-dipendenti.

Ma persino la crescita e lo sviluppo di zanzare come Aedes aegypti è sotto il controllo delle comunità microbiche del canale alimentare: in esse, alcuni batteri colonizzano felicemente larve axeniche (ovvero prive di flora batterica) e ne salvano lo sviluppo.

Armi batteriologiche delle cicaline

Laodelphax striatellus, ordine Hemiptera, famiglia Delphacidae Leach 1815, è uno dei più distruttivi parassiti saltatori di un gran numero di colture, specialmente riso, mais, grano. Ampiamente diffuso in Asia, Europa ed America. Oltre a succhiare linfa dalle piante di cereali e pseudo-cereali, gli insetti adulti possono deporre le uova su riso e grano, causando, così, un rallentamento patologico della crescita vegetale. Ma, non basta. In aggiunta a tali danni diretti alle rese agricole, anche quando presenti in pochi esemplari, essi trasmettono diversi virus. RSV (specie Rice stripe virus, genere Tenuivirus, famiglia Phenuiviridae), SRBSDV (specie Southern rice black‐streaked dwarf virus, genere Fijivirus, famiglia Reoviridae).

Tra le infezioni virali più distruttive, però, per il riso, rientra quella generata dal virus RBSDV (Rice black‐streaked dwarf virus). Essa causa estremo indurimento e scurimento delle foglie delle coltivazioni ed è traghettata da vari vettori. Laodelphax striatellus, Unkanodes sapporona ed U. albifascia, ma il Laodelphax è il principale agente eziologico, non fosse altro che per la sua elevata densità nelle colture. Ne derivano bandeggi, striature e deformazioni. La resa delle produzioni cala del 10-40 anche 100%, durante le epidemie più gravi.

A quanto stabilito dallo studio condotto, nel 2016, da Y.Y. Hou e colleghi, la temperatura ottimale per lo sviluppo di tali insetti corrisponde a 23-25°C, mentre la mortalità adulta cresce al di sopra dei 30°C.

Biodiversità ed efficienza di Laodelphax striatellus: lo studio

W. Liu e colleghi hanno condotto uno studio mirato alla caratterizzazione delle comunità microbiche del microbiota di Laodelphax striatellus, all’interno del canale alimentare. Così, hanno raccolto esemplari adulti dell’insetto da 7 regioni cinesi diverse, ai quali hanno, poi, imposto un periodo di digiuno. Successivamente, un totale di 30 esemplari ha fornito, suo malgrado, il proprio canale alimentare completo, per le dovute prove sperimentali (con tre replicati). I canali alimentari hanno subìto tre lavaggi con acqua bidistillata e conservazione a -80°C, fino alla vera caratterizzazione molecolare.

Per l’estrazione del DNA, i ricercatori hanno adoperato il Wizard Genomic DNA Purification Kit e provveduto ad amplificare espressamente le regioni V3 e V4 dell’rDNA 16 S. Poi la classica purificazione degli amplificati, la costruzione di “libraries”, per appaiamento di sequenze, e filtrazione dei dati mediante specifici software (Trimmomatic software), fino ad ottenere dati grezzi. A questo punto, i ricercatori hanno assegnato le unità tassonomiche operative (OTUs) ai ceppi microbici del microbiota degli insetti e valutato l’indice di alfa-diversità (Mothur versione V.1.30). Non sono mancati gli indici di Shannon per la diversità di specie. Il più elevato valore di quest’ultimi, corrispondeva alla maggiore diversità di specie nel campione in esame.

I numeri e le indagini supplementari

Più di 20 coppie di adulti di Laodelphax striatellus hanno fatto parte di prove di crescita separata su piantine di riso, in camera di crescita sterile: temperatura 25°C ed umidità relativa al 60%. Cicli luce/buio di 16h/8h. Sono nate così popolazioni omogenee ma distinte e separate. In ciascuna, un esemplare maschio ed uno femmina sono stati nutriti separatamente dal resto della popolazione per valutarne i tempi di sviluppo ed il numero di uova prodotte.

A deposizione avvenuta, i ricercatori hanno misurato il tempo di sviluppo della prole, ad ogni fase di crescita. Una volta adulti, gli esemplari hanno fornito dati sulla loro fertilità, in ogni popolazione.

Microbiota di Laodelphax striatellus: fuori i nomi!

Dal sequenziamento dell’rDNA 16S, i ricercatori hanno ricavato ben 1’604’269 letture. Gli OTUs di tutte le popolazioni hanno mostrato chiaramente phyla e generi microbici, del microbiota delle cicaline. Tra i phyla:

  • Proteobacteria (96.9% con 41 generi),
  • Actinobacteria (1.1% con 20 generi),
  • Firmicutes (0.9% con 14 generi),
  • Bacteroidetes (0.2% con 4 generi),
  • Tenericutes (0.7% con 1 genere).

La maggior parte dei generi rilevati, inoltre, ha manifestato, pare, una correlazione positiva con gli altri ceppi, mentre un terzo dei generi si è correlato negativamente con il resto del piccolo mondo. Nella “Top20” di abbondanza relativa, nei diversi gruppi microbici, il genere Wolbachia ha rappresentato il 90% del totale, in insetti provenienti da una certa regione. Ma ha anche raggiunto valori pari al solo 27%, in altre popolazioni di artopodi provenienti da zone diverse. Un’idonea analisi mediante diagramma di Venn ha, inoltre, chiarito che non molti generi batterici fossero effettivamente specifici ed esclusivi di una certa regione territoriale. Eccetto, però, due generi espressamente afferenti alla regione Sanya, ovvero Kosakonia e Undibacterium, ed uno per la zona del Kaifeng, cioè Candidatus Endoecteinascidia.

Dati del genere parlano di differenze nel microbiota, a seconda della regione di appartenenza dell’ospite saltatore, che, tuttavia, non deriverebbero tanto dai ceppi batterici presenti. Sarebbe questione di sfumature: sarebbe questione di differenza relativa di abbondanza, rispetto al contesto di popolazione microbica.

Clusterizza et impera!

Sulla base della matrice binaria delle distanze di Jaccard, i ricercatori hanno scoperto una reale correlazione tra composizione microbica del microbiota di Laodelphax striatellus (con abbondanza relativa) e regione geografica d’origine degli ospiti. Il microbiota è stato clusterizzato in 3 gruppi: insetti della regione temperata, subtropicale e tropicale. Il continente asiatico è grande, sapete! Quindi, per certo, popolazioni d’insetti, separate da brevi distanze, hanno mostrato un microbiota simile, nel diagramma di Venn.

I ricercatori, inoltre, hanno spiegato le differenze di composizione ed abbondanza microbiologica del microbiota, con variazioni di comunità tra aree temperate, subtropicali e tropicali. Wolbachia è risultata particolarmente abbondante in insetti di regioni temperate e subtropicali. Rickettsia primeggia invece in insetti di regioni subtropicali e tropicali. Arsenophonus in insetti di territori temperati e Gluconacetobacter e Stenotrophomonas, invece, in territori tropicali.

E’ arcinoto, quasi pleonastico enunciarlo, che la peculiare abbondanza e la strenua conservazione della stessa, attraverso le generazioni, abbia sempre ragioni biologiche vitali. Quattro generi, isolati in microbiota di insetti della regione di Kaifeng, Arsenophonus, Acinetobacter, Glutamicibacter e Staphylococcus, hanno mansioni di tutto rispetto nell’ospite. Trasporto e metabolismo di carboidrati ed aminoacidi, trasporto di coenzimi, processi di trascrizione genica e modifiche post-trascrizionali. Scusate se è poco!

Tempi, fecondità e strette deduzioni

Infine, la valutazione condotta dei tempi di sviluppo degli insetti vettori ha restituito una media di 31-33 giorni. Le misure di fecondità hanno portato a registrare elevati livelli, con 130/150 uova, nella popolazione della regione di Kaifeng. Ed un rapporto femmine/maschi piuttosto alto.

Tutto ciò considerato, i ricercatori hanno correlato l’elevata varietà di funzioni del microbiota di Laodelphax striatellus all’elevata fecondità degli stessi. La fecondità ed il rapporto a favore degli individui femminili, ha parlato, inoltre, di vie metaboliche più complesse, presiedute evidentemente dal microbiota, nelle popolazioni d’insetti di Kaifeng. Secondo Bing e colleghi, inoltre, l’elevata abbondanza relativa di Arsenophonus potrebbe giocare un ruolo cardine nella evidente eliminazione degli individui maschili.

Dalla prospettiva agronomica, tutta questa abbondanza di biodiversità e di funzioni metaboliche potrebbe essere responsabile della infausta fecondità dei pestiferi saltatori, causa di discontinui focolai epidemici, nella regione del Kaifeng, negli ultimi anni. La ricerca, come sempre, ripartirà ora da questi significativi risultati per intervenire a difesa degli interessi umani, rallentando l’avanzata del biblico flagello, caricato anche batteriologicamente e tutt’altro che a salve.

Riferimenti bibliografici

Condividi l'articolo di Microbiologia Italia:

Lascia un commento