Profilarea cu zahăr, aminoacizi și ioni anorganici a mierii de la diferite specii de hemipteran

Investigarea rolurilor, metodologie, scriere - versiunea originală

Afiliere Știința plantelor moleculare/Biochimia plantelor, Universitatea din Wuppertal, Wuppertal, Germania

Afiliație Institutul de Stat Apicultural, Universitatea din Hohenheim, Stuttgart, Germania

Roluri Conceptualizare, achiziție de finanțare

Afiliație Institutul Apicultural de Stat, Universitatea din Hohenheim, Stuttgart, Germania

Roluri Conceptualizare, achiziție de fonduri, supraveghere, scriere - proiect original

Afiliere Știința plantelor moleculare/Biochimia plantelor, Universitatea din Wuppertal, Wuppertal, Germania

Basel Shaaban,
Victoria Seeburger,
Annette Schroeder,
Gertrud Lohaus

Cifre

Abstract

Citare: Shaaban B, Seeburger V, Schroeder A, Lohaus G (2020) Profilarea zahărului, a aminoacizilor și a ionilor anorganici a mierii de la diferite specii de hemipteri care se hrănesc cu Abies alba și Picea abies. PLoS ONE 15 (1): e0228171. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0228171

Editor: Daniel Doucet, Resurse naturale Canada, CANADA

Primit: 17 iulie 2019; Admis: 8 ianuarie 2020; Publicat: 24 ianuarie 2020

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în manuscris și în fișierele sale de informații suport.

Finanțarea: Proiectul este susținut de fonduri ale Ministerului Federal al Alimentației și Agriculturii (BMEL) pe baza deciziei Parlamentului Republicii Federale Germania prin intermediul Oficiului Federal pentru Agricultură și Alimentație (BLE) în cadrul programului de sprijinire a inovației către G.L. si ca. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului. Nu s-au primit finanțări externe suplimentare pentru acest studiu.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Multe insecte din ordinul Hemipterelor, inclusiv majoritatea afidelor și coccidelor, se hrănesc cu seva floema plantelor lor gazdă respective [1]. Sema floema este în general dominată de zaharoză, cu concentrații cuprinse între 0,7 și 1,5 M [2,3,4]. Unele specii de plante translocează, de asemenea, zaharoză oligozaharide din familia rafinozei, cum ar fi membrii Oleaceae, sau alcooli de zahăr, cum ar fi membrii Rosaceae [5,6].

Seta floema conține, de asemenea, aminoacizi cu o concentrație de 50 până la 200 mM. La mai multe specii de plante, în special GLU, GLN, ASP și ASN sunt aminoacizi dominanți [3,4,7,8]. Pentru mai multe insecte, nouă aminoacizi sunt esențiali (HIS, ILE, LEU, LYS, MET, PHE, THR, TRP, VAL) [1]. Deși toți aminoacizii s-au găsit în seva floemului [3,9], nu este o dietă ideală pentru insecte datorită presiunii sale osmotice ridicate, raportului scăzut de aminoacizi în comparație cu zaharurile și raportul dintre esențial și non -aminoacid esențial, care este mai scăzut în seva floemică decât în proteina insectelor [1]. Prin urmare, hrănitorii cu floem ingerează zaharuri floem în cantități care depășesc necesarul de carbon pentru a-și îndeplini nevoia metabolică, iar concentrațiile ridicate de zaharuri în compoziție modificată sunt consumate ca miere [10,11].

Honeydew este compus în principal din zaharuri, dar conține și ioni anorganici, aminoacizi, proteine și alți compuși [12,13,14,15]. Compoziția mierii variază între diferite specii de insecte; poate fi, de asemenea, influențat de diferite specii de plante gazdă, de modificări sezoniere sau de condiții de mediu diferite [9,16,17]. În plus, compoziția mierii poate fi influențată de variația interacțiunii ant-afide [18]. Mai mult, există o variație considerabilă a compoziției în cadrul probelor dintr-o anumită specie de afide [18].

Diferite monozaharide (glucoză, fructoză), dizaharide (de exemplu zaharoză, trehaloză, maltoză) și trizaharide (de exemplu melezitoză, erloză, rafinoză) au fost găsite în mierea de miere [15,17,19,20], dar nu și în floema seve a mai multor specii de arbori, unde a fost prezentă doar zaharoza [2,21]. La salcie, de exemplu, zaharoza a fost singurul zahăr găsit în seva floemului, în timp ce mierea unui afid de salcie (Tuberolachnus salignus) conținea diferite mono-, di- și trizaharide [21]. Mai mult, s-au observat variații mari ale compoziției zahărului în mierea de miere a trei specii de afide care se hrănesc cu aceeași specie de arbori (Populus tremula) [18].

Pentru reglarea osmotică a insectelor care alimentează floemele, este important ca acestea să formeze oligozaharide din zaharoza ingerată cu seva floemului [10,22,23]. O relație pozitivă între concentrația zaharozei dietetice și conținutul de oligozaharide din mierea de miere a fost arătată pentru diferite specii de afide [10,22,23]. Oligozaharidele sunt probabil sintetizate de mai multe enzime din intestinul afidelor [10,24,25].

Bacteriile asociate pot fi, de asemenea, implicate în metabolismul nutrienților la insecte [1]. Una dintre cele mai bine studiate simbioze de acest tip sunt simbiozele lui Buchner și afide, unde microorganismele sunt implicate în furnizarea de aminoacizi esențiali pentru afide [26,27,28,29]. În cazul oligozaharidelor, afidele mai degrabă decât microbiota asociată mediază sinteza acestor zaharuri [10].

Scopul acestui studiu a fost determinarea proporțiilor melezitozei și a altor zaharuri, precum și a aminoacizilor și a ionilor suplimentari din mierea de miere a diferitelor specii de hemipteri pentru a examina dacă compozițiile de mierea de miere diferă între speciile de hemipter și/sau între speciile de conifere. Prin urmare, am colectat picături de miere direct de la două specii de Coccidae (Physokermes piceae și Physokermes hemicryphus) și de la două specii de Lachninae (Cinara pilicornis și Cinara piceae) situate pe molid (Picea abies (L.) H. Kast.) Și, de asemenea, de la două Lachninae specii (Cinara pectinatae și Cinara confinis) situate pe brad (Abies alba Mill.). Speciile de hemipter analizate sunt producători importanți de mieră pe conifere din Germania și alte țări din Europa Centrală [30]. Am determinat zaharurile, aminoacizii și ionii anorganici din mierea și am examinat formarea oligozaharidelor în diferite specii Cinara. Rezultatele au fost comparate cu proporțiile corespunzătoare ale diferiților compuși din exudatele floemelor din speciile de arbori.