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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2021.tde-09092021-151537
Document
Auteur
Nom complet
Nathalia Cavichiolli de Oliveira
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2021
Directeur
Jury
Consoli, Fernando Luis (Président)
Brandão, Karina Lucas da Silva
Michel, Andrew Peter
Phelan, Paul Larry
Titre en anglais
Gut microbiota of the rice and corn strains of Spodoptera frugiperda: diversity and function
Mots-clés en anglais
16S rRNA
Fall armyworm
Metabolomics
Metatranscriptomics
Microbial ecology
Symbiosis
Resumé en anglais
The insect gut microbiota is an important factor that contributes to various aspects of the physiology and ecology of their host. In this study we tested the hypothesis that the gut-associated symbionts of Spodoptera frugiperda, an important agricultural pest, may be playing a relevant role in the process of adaptation to the host plants of genetically distinct host-adapted strains, known as corn and rice strains. To this end, we characterized the gut microbiota composition of the strains using next generation 16S rRNA sequencing by sampling larvae in field conditions, evaluating the effect of strain, host plant and population origin. We also analyzed the composition of the gut microbiota under controlled conditions, including in the latter the analysis of the hindgut. We also sought to understand the origin of the microbiota associated with the caterpillars in two ways: by assessing the microbiota present in the ingested food, and by investigating the presence of bacteria in the eggs and reproductive tissues of S. frugiperda using FISH and confocal microscopy. To explore the functional aspects of these interactions, we used a metatranscriptomic approach to profile differentially expressed genes between strains in the gut of S. frugiperda and the transcriptional profile of the bacteria associated with the strains. Finally, we also used metabolomics to compare the metabolic profile of strains fed on different food sources. We found that the composition and structure of the gut microbiota between the strains was not different in the tests performed. We found that the gut microbiota of S. frugiperda is greatly modulated by the food ingested but is not a reflex of it. Additionally, we provided indications of vertical transmission of bacteria by detecting bacteria in eggs and oocytes of S. frugiperda. At the functional level, we found a metabolically active bacterial community that functioned equally in both strains of S. frugiperda, except when the food source was the artificial diet. In contrast, we found that the strains responded differently at the transcriptional level to the ingested food. Similarly, the metabolic profile of the midgut of the strains also differed for each food source tested. Finally, our findings provide additional support for Enterococcus as a core member of the bacterial community associated with the larval gut of S. frugiperda, as this genus was found metabolically active and consistently associated with the gut of S. frugiperda under all conditions analyzed, supporting the hypothesis that Enterococcus maintain true symbiotic mutualistic relationships with S. frugiperda.
Titre en portugais
Microbiota intestinal das raças milho e arroz de Spodoptera frugiperda: diversidade e função
Mots-clés en portugais
16S rRNA
Ecologia microbiana
Lagarta do cartucho
Metaboloma
Metatranscritoma
Simbiose
Resumé en portugais
A microbiota intestinal de insetos é um importante fator que contribui para vários aspectos da fisiologia e ecologia do seu hospedeiro. Neste estudo nós testamos a hipótese de que os simbiontes associados ao intestino de Spodoptera frugiperda, uma importante praga agrícola, podem estar desempenhando um papel relevante no processo de adaptação às plantas hospedeiras de suas raças geneticamente distintas, as raças "milho" e "arroz". Para este fim, caracterizamos a microbiota intestinal das raças utilizando sequenciamento de nova geração do 16S rRNA de espécimes coletados em condições de campo para a avaliação do efeito da raça, da planta hospedeira e da origem da população. Nós também analisamos a composição da microbiota intestinal sob condições controladas, incluindo neste último, a análise do intestino posterior. Também procuramos compreender a origem da microbiota associada às lagartas de duas formas: avaliando a microbiota presente nos alimentos ingeridos e buscando investigar a presença de bactérias nos ovos e tecidos reprodutivos de S. frugiperda usando FISH e microscopia confocal. Para explorar os aspectos funcionais destas interações, utilizamos uma abordagem metatranscritômica, para definir o perfil de genes diferentemente expressos no intestino das raças de S. frugiperda e o perfil transcricional das bactérias associadas ao intestino dessas raças. Finalmente, utilizamos a abordagem metabolômica de forma holística, comparando o perfil metabólico das raças ao fornecê-las diferentes fontes alimentares. Nós não encontramos diferenças na composição e na estrutura da microbiota intestinal das raças. Verificamos que a microbiota intestinal de S. frugiperda é principalmente modulada pelo alimento ingerido, mas não é reflexo dele. Adicionalmente nós fornecemos indicações de transmissão vertical de bactérias por meio da detecção de bactérias nos ovos e oócitos de S. frugiperda. Ao nível funcional, encontramos uma comunidade bacteriana metabolicamente ativa que funcionou da mesma forma nas raças de S. frugiperda, com exceção de quando a dieta artificial foi oferecida com alimento as lagartas. Em contrapartida, verificamos que as raças respondem diferentemente ao nível transcricional ao alimento ingerido. Da mesma forma, o perfil metabólico do intestino médio das raças também diferiu em cada substrato alimentar. Finalmente, nossas descobertas fornecem apoio adicional para Enterococcus como membro central da comunidade bacteriana associada ao intestino larval de S. frugiperda, pois este gênero foi encontrado metabolicamente ativo e consistentemente associado ao intestino de S. frugiperda em todas as condições analisadas, apoiando a hipótese de que estas bactérias mantêm relações verdadeiras de mutualismo com S. frugiperda.
 
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Date de Libération
2023-09-09
Date de Publication
2021-09-10
 
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