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Ultrastructural and molecular characterization of endosymbionts of the reed beetle genus Macroplea (Chrysomelidae, Donaciinae), and proposal of “Candidatus Macropleicola appendiculatae” and “Candidatus Macropleicola muticae”

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Abstract:

Intracellular bacterial symbionts are known from various insect groups, particularly from those feeding on unbalanced diets, where the bacteria provide essential nutrients to the host. In the case of reed beetles (Coleoptera: Chrysomelidae, Donaciinae), however, the endosymbionts appear to be associated with specialized “glands” that secrete a material used for the beetles’ unusual water-tight cocoon. These glands were discovered over a century ago, but the bacteria they contain have yet to be characterized and placed in a phylogenetic context. Here, we describe the ultrastructure of two endosymbiotic species (“Candidatus Macropleicola appendiculatae” and “Candidatus Macropleicola muticae”) that reside in cells of the Malpighian tubules of the reed beetle species Macroplea appendiculata and Macroplea mutica, respectively. Fluorescent in situ hybridization using oligonucleotides targeting the 16S rRNA gene specific to Macroplea symbionts verified the localization of the symbionts in these organs. Phylogenetic analysis of 16S rRNA placed “Candidatus Macropleicola” in a clade of typically endosymbiotic Enterobacteriaceae (-proteobacteria). Finally, we discuss the evidence available for the hypothesis that the beetle larvae use a secretion produced by the bacteria for the formation of an underwater cocoon.

Des symbiotes bactériens intracellulaires sont connus chez différents groupes d’insectes, particulièrement chez ceux qui se nourrissent d’une diète non balancée, pour qui les bactéries fournissent des nutriments essentiels. Dans le cas des chrysomèles (Coleoptera : Chrysomelidae, Donaciinae) cependant, les endosymbiotes semblent associés à des « glandes » spécialisées qui secrètent un matériel utilisé par les coléoptères pour tisser leur cocon unique étanche à l’eau. Ces glandes ont été découvertes il y a plus d’un siècle, mais les bactéries qu’elles contiennent n’ont jamais été caractérisées et placées dans un contexte phylogénique. Nous décrivons ici l’ultrastructure de deux espèces endosymbiotiques (« Candidatus Macropleicola appendiculatae » et « Candidatus Macropleicola muticae ») qui résident dans les cellules des tubules de Malpighi de deux espèces de chrysomèles, Macroplea appendiculata et Macroplea mutica, respectivement. L’hybridation in situ en fluorescence réalisée avec des oligonucléotides ciblant spécifiquement le gène de l’ARNr 16S des symbiotes Macroplea ont confirmé la présence des symbiotes dans ces organes. L’analyse phylogénique de l’ARNr 16S a placé « Candidatus Macropleicola » dans un clade typique des Enterobacteriaceae endosymbiotiques (-protéobactéries). Finalement, nous discutons des èléments de preuve disponibles qui appuient l’hypothèse que les larves de coléoptères utilisent un produit de sécrétion des bactéries pour tisser leur cocon sous l’eau.

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2009

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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nrc/cjm/2009/00000055/00000011/art00003
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