Influence of the microbial environment on the interaction of a saprophagous insect and its parasitoids

Anagnostou, Christiana

The interactions between hosts and parasites have been observed to be characterised by a genetic variation (genotype-by-genotype interaction) in resistance, tolerance and suscepti-bility on the host’s side and virulence on the side of the parasite, as an outcome of coevolu-tionary processes. Besides these genetic aspects, various ecological forces may drive evo-lutionary host-parasite interactions (genotype-by-genotype-by-environment interactions) affecting the strength of and response to selection. These forces may comprise abiotic fac-tors such as environmental temperature or humidity, as well as biotic factors such as preda-tors, superinfection with additional parasites or pathogens and the presence of alternative hosts. Nutrition, and here especially the host’s nutritional status, may play a pivotal role in host-parasite relationships, since a parasite usually utilises the host as food source. Addi-tionally, nutrition may have a drastic impact on the host’s defence mechanisms and the host’s resource allocation to immune defences. Thus, nutrition may modulate both the parasite’s virulence and the host’s resistance. Saprophagous insects like Drosophila melanogaster spend most of their life cycle in, on and in close association to decaying or-ganic material (preferably fruits), which always harbours a plethora of different microor-ganisms like bacteria and fungi. Especially various yeast species play an important role in both the larval and adult diet of Drosophila. Are these different yeast species, which often differ in their metabolic features, all one and the same to a Drosophila? The present study revealed that the dietary yeast species composition had a substantial impact on various fitness traits of Drosophila melanogaster, such as survival, development time, size parame-ters and also immune characteristics measured as encapsulation ability. Surprisingly, it also turned out that larvae of Drosophila melanogaster chose to devour those yeast species which supported their own development and immunocompetence. Hereby, inter-individual differences occurred regarding the preferred yeast species and their influence on fitness traits of Drosophila melanogaster. The microbial influence even carried forward to a third trophic level, parasitoids of Drosophila. Since parasitoids (especially endoparasitoids) de-rive the resources for their development directly from host tissues, the species composition of the host’s diet may directly influence parasitoid fitness. Via the impact of nutrition on the host’s immune defence, the parasitoid may also be indirectly affected. This study re-vealed that the dietary microbial species composition also had a substantial impact on vari-ous life history traits of the parasitoids Asobara tabida and Leptopilina heterotoma. Hence, a different microbial species composition in the nutritional environment may modulate the outcome of host-parasitoid interactions and play a role in host-parasitoid dynamics and coevolution between Drosophila melanogaster and its parasitoids Asobara tabida and Lep-topilina heterotoma.

Als Folge koevolutionärer Prozesse sind Interaktionen zwischen Wirt und Parasit durch eine genetische Variation (Gen-zu-Gen Interaktion) bezüglich Resistenz, Toleranz und Anfälligkeit von Seiten des Wirtes und der Virulenz von Seiten des Parasiten gekennzeich-net. Neben diesen genetischen Aspekten, vermögen verschiedenste ökologische Faktoren die evolutionären Vorgänge in Wirt-Parasit Interaktionen anzutreiben (Gen-zu-Gen-zu-Umwelt Interaktionen), und die Stärke der Selektion wie auch selektionäre Antworten zu beeinflussen. Diese ökologischen Faktoren können sowohl abiotische Faktoren wie z.B. Temperatur und Feuchtigkeit, als auch biotische Faktoren wie z.B. Prädatoren, Superinfek-tionen mit anderen Parasiten oder Pathogenen, und die Anwesenheit alternativer Wirte umfassen. Die Nahrung, und insbesondere der Ernährungszustand des Wirtsorganismus, können eine entscheidende Rolle in Wirt-Parasit Beziehungen spielen, da ein Parasit den Wirt in der Regel als Nahrungsressource nutzt. Außerdem kann die Ernährung einen dras-tischen Einfluss auf Abwehrmechanismen des Wirtes nehmen und darauf, wie viel seiner Ressourcen er in eine Immunabwehr investiert. Saprophage Insekten wie beispielsweise Drosophila melanogaster, verbringen einen großen Teil ihres Lebens in, auf oder in enger Verbindung zu verfaulendem organischen Material (vorzugsweise Früchten), das stets eine Fülle unterschiedlichster Mikroorganismen wie z.B. Bakterien und Pilze beherbergt. Insbe-sondere verschiedenste Hefearten spielen hierbei eine wichtige Rolle als Nahrungsressour-ce, sowohl für Larven als auch Adulttiere von Drosophila melanogaster. Haben diese ver-schiedenen, sich häufig in ihrem Stoffwechsel voneinander unterscheidenden Hefearten, eine unterschiedliche Bedeutung für Drosophila? In der vorliegenden Arbeit zeigte sich, dass die mikrobielle Zusammensetzung der Nahrung einen erheblichen Einfluss auf ver-schiedenste Fitness-Parameter von Drosophila melanogaster hatte, wie beispielsweise auf Überleben, Entwicklungszeit, Körpergröße- und gewicht, und ebenfalls auf als Einkapse-lungsfähigkeit erfasste Immunparameter. Überraschenderweise zeigte sich auch, dass Lar-ven von Drosophila melanogaster bevorzugt die Hefearten verspeisten, die für ihre Ent-wicklung und Immunabwehr förderlich waren. Hinsichtlich dessen, welche Hefearten sie bevorzugten und welche für ihre Fitness förderlich waren, traten jedoch Unterschiede zwi-schen einzelnen Individuen auf. Der Einfluss der Mikroorganismen setzte sich sogar in die nächste trophische Ebene fort, Parasitoide von Drosophila. Da Parasitoide (insbesondere Endoparasitoide) die Ressourcen für ihre Entwicklung direkt vom Gewebe ihres Wirtes beziehen, vermag die mikrobielle Zusammensetzung der Nahrung des Wirtes die Fitness des Parasitoiden direkt zu beeinflussen. Über den Einfluss der Ernährung des Wirtes auf dessen Immunabwehr kann die Fitness des Parasitoiden auch indirekt beeinflusst werden. In der vorliegenden Arbeit zeigte sich, dass die mikrobielle Zusammensetzung der Nah-rung auch erhebliche Auswirkungen auf Fitness-Parameter der beiden Parasitoide Asobara tabida und Leptopilina heterotoma hatte. Folglich vermag eine unterschiedliche mikrobiel-le Umwelt den Ausgang einer Wirt-Parasit Interaktion zu modulieren und kann bezüglich der Dynamik und Koevolution zwischen dem Wirtsorganismus Drosophila melanogaster und dessen Parasitoiden Asobara tabida und Leptopilina heterotoma von Bedeutung sein.

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Anagnostou, Christiana: Influence of the microbial environment on the interaction of a saprophagous insect and its parasitoids. 2008.

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