Mikrobiální symbiózy herbivorního hmyzu
Velká část hmyzu se živí rostlinnou hmotou a má význam jak v přírodních společenstvech, tak v zemědělství. Tento herbivorní hmyz žije v prostředí chudém na živiny, ale bohatém na toxické látky. Tato omezení překonává symbiózou s bakteriemi a houbami. Ty mu pomáhají rozkládat rostlinnou hmotu, poskytují esenciální živiny a detoxifikují substrát. Řada těchto symbiontů jsou důležití patogeny rostlin. Symbionti se nacházejí uvnitř hmyzích těl nebo porůstají jejich okolí. Nejvíce pokročilou formou společného soužití s houbami je tzv. nutriční symbióza, kdy si hmyz aktivně přenáší a pěstuje svého nutričního symbionta. Tato interakce se nazývá houbové farmaření a je podobná našemu soužití s hospodářskými plodinami. V našem týmu studujeme symbionty housenek motýlů (Lepidoptera), ambrosiových bejlomorek (Diptera, Cecidomyiidae), pilořitek (Hymenoptera, Siricidae), kůrovců (Curculionidae, Scolytinae), jádrohlodů (Curculionidae, Platypodinae) a termitů (Isoptera, Termitoidae).
Motýli
V rámci motýlů nacházíme různé potravní strategie, včetně monofagie a polyfagie, s úzkým respektive širokým spektrem hostitelských rostlin. Testujeme hypotézu, že za šíří hostitelského spektra stojí právě mikroby a jejich schopnost detoxifikace. Mimo jiné jsme dokázali, že mikrobiota střev housenek, je oproti předpokladu také částečně ovlivněna přímo druhem housenky, a ne jen stravou. Tento fakt ukazuje na přítomnost symbiotických vztahů a lze tedy očekávat řadu interakcí.
Kůrovci
Kůrovci jsou důležitou složkou lesních ekosystémů a několik druhů má velký význam v lesnictví. Dlouhodobým cílem je získat komplexní znalosti o málo známé symbióze houbového rodu Geosmithia, její evoluční historii, diverzitě a interakcích s prostředím. Poprvé jsme popsali střevní mikrobiální společenstva lýkožrouta smrkového, Ips typographus, a navrhli ekologické role hlavních symbiotických partnerů. Tyto role ověřujeme pomocí metatranskriptomického přístupu. Nově jsme popsali desítky nových druhů mikrobů, včetně fytopatogenní houby Geosmithia morbida a Ophiostoma juglandis, které jsou přenášeny invazivními kůrovci, které napadají ořešáky. Dále studujeme roli mikrobiálních sekundárních metabolitů symbiontů v celé symbióze.
Pilořitky
Pilořitky napadají dřevo stromů a některé invazivní druhy jsou vážnými lesními škůdci. Tyto vosičky žijí v nutriční symbioze s houbami, které samy o sobě mají ekonomický význam jako ničitelé dřeva. V našem týmu jsme poprvé charakterizovali diverzitu, hostitelskou specifitu na hostitele a taxonomii jejich houbových symbiontů z rodů Daldinia a Hypoxylon. Náš další výzkum se zaměřuje na sekundární metabolity hlavních houbových symbiontů z rodu Amylostereum.
Ambrosiové bejlomorky
Ambrosiové bejlomorky tvoří hálky, ve kterých pěstují nutrničního symbionta, houbu Botryosphaeria dothidea. Poprvé jsme popsali celková mikrobiální společenstva jak bejlomorek, tak hálek. Studujeme, jakým způsobem interaguje tato houba s hostitelskou rostlinou a hmyzem.
Hlavní výsledky jsou shrnuty v následujících pracích, z nichž je také patrná šíře naší mezinárodní spolupráce, která zahrnuje týmy ze Španělska, Polska, Číny a USA.
- Veselská T, Skelton J, Kostovčík M, Hulcr J, Baldrian P, Chudíčková M, Cajthaml T, Vojtová T, Garcia-Fraile P, Kolařík M (2019) Adaptive traits of bark and ambrosia beetle-associated fungi. Fungal Ecology 41: 165-176.
- Strzałka B, Kolařík M, Jankowiak R (2021) Geosmithia associated with hardwood-infesting bark and ambrosia beetles, with the description of three new species from Poland. Antonie van Leeuwenhoek 114: 169-194.
- Saati-Santamaría Z, Rivas R, Kolařik M, García-Fraile P (2021) A new perspective of Pseudomonas—host interactions: distribution and potential ecological functions of the genus Pseudomonas within the bark beetle holobiont. Biology 10: 164.
- Šigut M, Pyszko P, Šigutová H, Višňovská D, Kostovčík M, Kotásková N, Dorňák O, Kolařík M, Drozd P (2022) Fungi are more transient than bacteria in caterpillar gut microbiomes. Scientific Reports 12:15552.
- Li Y, Bateman C, Skelton J, Wang B, Black A, Huang Y-T, Gonzalez A, Jusino MA, Nolen ZJ, Freeman S. (2022) Preinvasion assessment of exotic bark beetle-vectored fungi to detect tree-killing pathogens. Phytopathology 112: 261-270.
- Šigutová H, Šigut M, Pyszko P, Kostovčík M, Kolařík M, Drozd P. (2023) Seasonal shifts in bacterial and fungal microbiomes of leaves and associated leaf-mining larvae reveal persistence of core taxa regardless of diet. Microbiology Spectrum:e03160-03122.
- Kolařík M, Hulcr J. 2023. Geosmithia—widespread and abundant but long ignored bark beetle symbionts. Mycological progress 22: 32.
- Cheng T, Veselská T, Křížková B, Švec K, Havlíček V, Stadler M, Kolařík M. (2023) Insight into the genomes of dominant yeast symbionts of European spruce bark beetle, Ips typographus. Frontiers in microbiology 14: 930.
- Veselská T, Švec K, Kostovčík M, Peral-Aranega E, Garcia-Fraile P, Křížková B, Havlíček V, Saati-Santamaría Z, Kolařík M. (2023) Proportions of taxa belonging to the gut core microbiome change throughout the life cycle and season of the bark beetle Ips typographus. FEMS Microbiol Ecol. 99(8):fiad072.
- Šigutová H, Pyszko P, Šigut M, Czajová K, Kostovčík M, Kolařík M, et al. (2024) Concentration-dependent effect of plant secondary metabolites on bacterial and fungal microbiomes in caterpillar guts. Microbiology Spectrum.;12:e02994-23.
- Pyszko P, Šigutová H, Kolařík M, Kostovčík M, Ševčík J, Šigut M, et al. (2024) Mycobiomes of two distinct clades of ambrosia gall midges (Diptera: Cecidomyiidae) are species-specific in larvae but similar in nutritive mycelia. Microbiology Spectrum.;12:e02830-23.
- Májek, T., Kolařík, M., Milenković, I. et al. New Ophiostoma species associated with Dryocoetes himalayensis and decline of Juglans regia in Czechia. J Plant Pathol (2024).