Simbiontske bakterije entomopatogenih ogorčic

Melita Theuerschuh, januar 2024

Uvod

Entomopatogene ogorčice (EPN) so talni organizmi, ki živijo z bakterijami v simbiontsko-mutualističnem odnosu, za katere je znano, da imajo zelo velik potencial v biotičnem varstvu rastlin. Družini EPN Steinernematidae in Heterorhabditidae sta povezani s simbiontskimi bakterijami družine Enterobacteriaceae (rodova Xenorhabdus in Photorhabdus). Bakterije se nahajajo v črevesju infektivnih ličink EPN. Le te ličinke (ličinke tretje larvalne stopnje (L3) prvega rodu EPN) so prosto živeče v tleh, so dobro prilagojene na dolgotrajnejše pomanjkanje hrane in lahko napadejo gostitelje ter povzročijo okužbo.

Rod Xenorhabdus

Celice bakterij iz rodu Xenorhabdus so asporogene, paličaste, velike od 0,3 do 2 x 2-10 μm. So Gram negativne in fakultativno anaerobne. Najustreznejša temperatura za njihovo rast je okoli 28 °C ali manj, vendar so nekatere vrste sposobne preživeti tudi pri 40 °C. Doslej so našli bakterije iz rodu Xenorhabdus samo v prebavnem traktu EPN iz družine Steinernematidae in gostiteljih teh ogorčic.

Rod Photorhabdus

Celice bakterij iz rodu Photorhabdus so asporogene, paličaste, velike od 0,5 do 2 x 1 do 10 μm. So ravno tako fakultativno anaerobne in Gram negativne. Najustreznejša temperatura za njihovo rast je 28 °C ali manj. Obstajajo tudi vrste, ki rastejo pri temperaturah od 37 do 38 °C. Premikajo se s pomočjo bička. Živijo v sožitju z EPN iz družine Heterorhabditidae.

Razlike in podobnosti med rodovoma Photorhabdus in Xenorhabdus

Med bakterijami iz obeh rodov obstajajo razlike. Bakterije iz rodu Photorhabdus so fotoluminiscenčne, se svetijo, medtem ko bakterije iz rodu Xenorhabdus nimajo te lastnosti in se ne svetijo. Ta lastnost se uporablja pri determinaciji in določanju stopnje parazitiranosti žuželk z ogorčicami iz rodu Photorhabdus. Intenzivnost pojava luminiscence je največja v prvih 72 urah po infekciji.

Razlika se odraža tudi v barvi poginulega gostitelja. Gostitelj, ki je poginil zaradi napada ogorčic iz rodu Heterorhabditis, ki v svojem telesu nosijo bakterije iz rodu Photorhabdus, je rdeče ali škrlatne, rumene, oranžne, včasih tudi zelene barve. Poginula žuželka, okužena z bakterijo iz rodu Steinernema, ki v svojem telesu nosi bakterije iz rodu Xenorhabdus, pa je rumenorjave, oker, sive ali temno sive barve.

Bakterije iz rodu Xenorhabdus živijo v simbiontsko-mutualističnem odnosu le z EPN iz družine Steinernematidae. Simbiontsko-mutualistični odnos z EPN iz družine Heterorhabditidae pa tvorijo le bakterije iz rodu Photorhabdus.

Odnosi med EPN in simbiontskimi bakterijami

Ob prvem odkritju EPN je bila postavljena hipoteza, da ogorčice same povzročijo smrt napadenih žuželk. Kasneje so potrdili obstoj simbiontskih bakterij, ki živijo z EPN v simbiontsko-mutualističnem odnosu. O simbiontsko-mutualističnem odnosu med bakterijami in EPN govorimo zato, ker ogorčice nudijo bakterijam bivališče in zaščito. Prostoživeče bakterije namreč niso sposobne preživeti v tleh. V žuželkah so bakterije tudi nemočne pred antibakterijskim delovanjem gostiteljev, zato jih ogorčice varujejo s tem, da zavrejo tovrstno delovanje gostiteljev. V zameno bakterije hitro ubijejo napadene žuželke in s proizvajanjem antibiotikov onemogočijo razvoj tekmovalnih mikroorganizmov, ki bi se sicer hranili v mrtvih osebkih.

Vsaka vrsta EPN je v simbiontsko-mutualističnem odnosu samo z eno vrsto bakterije, ena vrsta bakterije pa je lahko v simbiontsko-mutualističnem odnosu z več vrstami EPN. Odnos med EPN iz rodov Heterorhabditis in Steinernema ter bakterijami iz rodov Photorhabdus in Xenorhabdus ni obvezen, saj lahko tako ogorčice kot tudi bakterije v laboratorijskih razmerah gojimo ločeno.

Simbiontska bakterija preoblikuje nekatere proteine gostitelja v substrat, na katerem se ogorčice lahko razvijajo in razmnožujejo. Ogorčica bakteriji omogoči vstop v gostitelja, kjer se tudi sama lahko hrani in razmnožuje, bakterije pa so obenem tudi same hrana za ogorčice.

Simbiontske bakterije in njihove gostiteljske domorodne EPN:

Xenorhabdus sp.: Steinernema kraussei, Steinernema affine

Xenorhabdus poinarii: Steinernema carpocapsae

Xenorhabdus bovienii: Steinernema feltiae

Photorhabdus luminescens luminescens: Heterorhabditis bacteriophora subsp. Brecon

Photorhabdus luminescens laumondii: Heterorhabditis bacteriophora subsp. HP88

Photorhabdus temperata: Heterorhabditis bacteriophora subsp. NC

Uporabljeni viri

Strajnar P., Štrukelj M., Širca S. 2019. Entomopatogene ogorčice (EPN) kot biotični agensi. V: Razinger Jaka (ur.). Zdravju in okolju prijazne metode varstva rastlin. Ljubljana: Kmetijski inštitut Slovenije, Oddelek za varstvo rastlin. str. 104-114

Štrukelj M. 2009. Laboratorijsko preučevanje učinkovitosti slovenskih ras entomopatogenih ogorčic (Rhabditida) za zatiranje rdečega žitnega strgača (Oulema melanopus [L.], Coleoptera, Chrysomelidae): diplomsko delo. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo. 38 str.