Den rolle, som Ulvebachia bakterier i reproduktive uforeneligheder og hybrid områder af Diabrotica biller og Gryllus fårekyllinger

vi etablerede også en laboratoriekoloni af D. v. seae med prøver fra hunnerne krydses med D. V. virgifera hanner producere meget få til ingen afkom hvorimod den gensidige Kors resulterer i en normal æg luge (tabel 1, krydser F og H) (14). Da vi gentog krydsene ved hjælp af tetracyclinbehandlede D. V. virgifera-hanner, eksisterede inkompatibiliteten ikke længere, og æggelukehastigheder blev observeret, som ikke var signifikant forskellige fra kontrollerne (tabel 1, kryds g), hvilket bekræfter, at den ensrettede parringskompatibilitet mellem disse to underarter skyldes tilstedeværelsen af Ulvbachia i D. V. virgifera.

lignende reproduktive inkompatibiliteter er også rapporteret mellem nogle medlemmer af slægten Gryllus i Nordamerika. Slægten Gryllus er fordelt over det meste af verden med undtagelse af Østasien og Stillehavet (31). Baseret på antallet af arter er det muligt, at slægten stammer fra Den Nye Verden eller Afrika, hvor der er registreret flere slægter svarende til Gryllus (32). I Nordamerika har slægten Gryllus flere nært beslægtede arter, hvoraf nogle er vanskelige at skelne på grundlag af morfologiske tegn alene. I begyndelsen af århundredet blev denne gruppe betragtet som en enkelt art med en høj grad af variabilitet (33). Efterfølgende arbejde hovedsageligt ved hjælp af kaldende sange diskrimineret blandt nogle af arterne (34).

flere arter i slægten Gryllus har vist sig at være ensrettet eller tovejs uforenelige. Den ensrettede uforenelighed mellem G. pennsylvanicus-hanner og G. firmus-hunner i det østlige USA (19) afspejler D. V. virgifera og D. V. seae. Vi har fundet ud af, at med undtagelse af G. firmus, er prøver fra alle de Gryllus-arter, som vi har undersøgt, normalt inficeret med Ulvbachia, nogle gange med mere end en stamme (Fig. 2 og 3). Uforligelighederne rapporteret mellem de forskellige arter i denne slægt kan forklares ved infektion med denne bakterie. Vores undersøgelse har vist følgende infektionsmønstre. Populationer af G. heltal samplet fra Humboldt County, NV, og det amt, UT, er inficeret med den samme stamme af Volbachia-bakterier, som vi omtaler som “heltalstypen.”Befolkningen, der blev udtaget i Davis, CA, blev også inficeret med heltalstypen, med undtagelse af et individ, der havde den samme stamme af Ulvbachia som fundet i G. rubens, som vi omtaler som “rubens-typen.”Befolkningen i Las Cruces, NM, havde to individer, der var inficeret med rubens-typen Ulbachia stamme og tre individer, der var dobbelt inficeret med Rubens – og heltal-typen stammer. G. heltalspopulationer i Austin og Dallas havde også den samme bakteriestamme, hvilken, på basis af 16S rRNA-genet og FTS-genet, synes identisk med det, der findes i G. rubens fra Lake Placid og Gainesville, FL. Denne rubens-type stamme forekommer også i prøver af G. ovisopis udtaget fra Gainesville. Vi kunne kun få eksemplarer af G. den sidstnævnte kultur blev afledt af T. Rollers koloni. Personer fra begge kulturer blev inficeret med den samme stamme, hvis sekvens for FTS-genet var identisk med rubens-typen Ulbachia-stamme. 16S rRNA-genfragmentsekvensen indikerer, at stammen i denne art har en transversion ved E. coli-position 380 fra en guanin til en thymin, som i E. coli svarer til den første position i tetra-sløjfen GCAA. I stammen “assimilis-type” består sløjfen af TAAA. Denne transversion findes ikke i nogen anden Ulvbachia 16S rRNA-sekvens, der hidtil er kendt.

befolkningen i G. pennsylvanicus viser et mere komplekst infektionsmønster. Gennem det meste af den distribution, Vi har samplet, G. pennsylvanicus er polymorf for infektionstype. En population, der blev udtaget i Lethbridge, Alberta, Canada, viste tilstedeværelsen af en Ulvbachia-stamme, der var forskellig fra dem, der findes i G. rubens, G. assimilis, G. integer og G. ovisopis. Vi henviser til denne stamme som” pennsylvanicus-type ” stamme. Af 39 inficerede prøver, der blev udtaget fra det centrale Illinois, 38 husede pennsylvanicus-stammen, mens en prøve bar rubens-stammen. En lokalitet 150 km mod syd, Farina, IL, viste en blanding af individer, der var inficeret med enten pennsylvanicus-typen eller rubens-typen stamme eller med begge. Af to prøver udtaget fra Ann Arbor, MI, den ene bar rubens-typen stamme, og den anden blev dobbelt inficeret med pennsylvanicus – og rubens-typen stammer. For den befolkning, der blev udtaget prøver i London, Ontario, Canada, 215 km nordøst for Ann Arbor, af 19 inficerede individer, 10 bar pennsylvanicus-typen, en bar rubens-typen, og otte blev dobbelt inficeret med pennsylvanicus – og rubens-typen stammer (Fig. 3a). Dette polymorfe mønster fortsætter i prøver af G. pennsylvanicus indsamlet fra Vermont og Pennsylvania. I Virginia og North Carolina opdagede vi kun personer, der var inficeret med enten pennsylvanicus – eller rubens-typen stammer. Befolkningen i G. pennsylvanicus i Nordamerika er en blanding af individer, der er inficeret med rubens-typen eller pennsylvanicus-typen såvel som individer, der er dobbelt inficeret med både stammer og individer, der ikke er inficeret (Fig. 3). Vores resultater hidtil indikerer, at i populationer af G. pennsylvanicus i det østlige Nordamerika er rubens-typen infektion med en højere frekvens i nord end i syd (Fig. 3a). Desuden har vi fundet, at der i de fleste lokaliteter, hvor begge stammer forekommer, også er dobbelt inficerede individer til stede (Fig. 2 og 3a).

som et resultat af “drevet” forbundet med spredningen af en Ulvbachia – infektion (35) foreslår vi, at den genetiske struktur af G. pennsylvanicus-populationer, vi har samplet, undtagen Lethbridge, Canada, er blevet påvirket af tilstedeværelsen af Rubens-og pennsylvanicus-typen Ulvbachia stammer. Derfor skal vi henvise til G. pennsylvanicus prøver indsamlet i disse regioner som Gryllus nær (nr.) pennsylvanicus for at afspejle tvetydigheden i deres taksonomiske status pålagt af de infektionstyper, der findes i disse populationer.

Vi har samplet G. firmus fra Gainesville og Archbold biologiske Station i Lake Placid, FL, og fra Fort Fischer, NC. Toogtredive af de 35 prøver, der blev udtaget fra disse lokaliteter, var uinficerede. De tre inficerede individer kom fra Gainesville, FL. To blev fundet at bære rubens-typen, og den tredje bar pennsylvanicus-typen Ulvbachia stamme (Fig. 2 og 3a). Dette fund antyder, at infektion af disse to bakteriestammer bevæger sig ind i populationerne af G. firmus, især i lyset af det faktum, at G. pennsylvanicus ikke er kendt fra Gainesville, FL.analyse af relationerne mellem de forskellige stammer, vi har undersøgt hos Gryllus – arterne ved hjælp af genet indikerer, at heltal-og rubens-typen stammer danner en monofyletisk gruppe og ikke er tæt beslægtet med pennsylvanicus-typen stamme, som er basal for alle andre B-gruppe Ulvbachia-stammer, der hidtil er kendt. Det er en af de mest almindelige årsager til denne sygdom. (23) i G. pennsylvanicus er af rubens-typen (Fig. 2).

Vi foreslår, at infektionerne i de ovennævnte medlemmer af slægten Gryllus giver en forklaring på de observerede parringskompatibiliteter opnået af Smith og Cade (17), Cade og Tyshenko (18) og Harrison (19) og peger på en mulig rolle af Ulvbachia i specieringen af nogle medlemmer af denne slægt. Den tovejs inkompatibilitet, der observeres mellem G. rubens og G. integer, er sandsynligvis resultatet af infektion med de to forskellige stammer af Ulvbachia, der findes i disse to arter. Kompatibiliteten af G. rubens fra Florida med G. 17, 18) kan forklares, fordi disse populationer bærer rubens-typen bakterier. Vores data støtter konklusionen af Smith og Cade (17), At G. rubens og G. integer kan være den samme art, på trods af forskelle i deres sange af en grad, der normalt bruges til at differentiere arter.i betragtning af at G. pennsylvanicus er inficeret med Ulvbachia og G. firmus er normalt ikke, kryds, der viser, at G. pennsylvanicus hanner er uforenelige med G. firmus hunner (19) kan fortolkes som følge af cytoplasmatisk inkompatibilitet forårsaget af Ulvbachia. Vores fortolkning er yderligere underbygget af det mitokondrie mønster observeret i disse to populationer, nemlig at G. firmus og G. pennsylvanicus har forskellige mitokondrie typer, hvormed disse to populationer er blevet identificeret; selvom G. pennsylvanicus mtDNA let indtræder i populationen af G. firmus, forekommer det omvendte ikke (36). Dette mønster ville blive observeret, hvis G. pennsylvanicus er inficeret med Ulvebachia, fordi størstedelen af individer i hybridområdet ville være resultatet af afkom fra inficerede hunner, som i dette tilfælde ville bære G. pennsylvanicus mitokondrie type sammen med den maternelt nedarvede Ulvebachia infektion.

den ensrettede uforenelighed mellem G. ovisopis hanner, som bærer Rubens-typen bakterier og G. firmus hunner (T. rollator, personlig kommunikation) kan også fortolkes i lyset af denne infektion. Manglen på afkom fra krydsninger mellem hanner af G. pennsylvanicus og G. ovisopis med hunner af G. firmus indikerer, at disse to stammer kan forårsage uforenelighed. Vi ved, at G. ovisopis og G. rubens bærer den samme Ulvbachia-stamme, så den sandsynlige årsag til den tovejs inkompatibilitet, der observeres mellem G. rubens og G. pennsylvanicus, er de forskellige Ulvbachia-stammer, de kan have.vi observerede 39 BP forskelle mellem pennsylvanicus – og rubens-typen stammer, 41 forskelle mellem pennsylvanicus – og heltal-typen stammer, og 22 forskelle mellem Rubens – og heltal-typen stammer. Til sammenligning er der i det samme gensegment kun en basisændring mellem de tovejs uforenelige Ulvbachia-stammer, der findes i Drosophila simulans og D. simulans Riverside (23). Baseret på dette bevis såvel som på de uforeneligheder, der er observeret i parringerne mellem de respektive Gryllus-arter, vi forudsiger, at stammer af Rubens -, heltal -, og pennsylvanicus-typen er tovejs uforenelige.

hybridområdet mellem G. pennsylvanicus og G. firmus udpeget af Harrison og Arnold (20) er mere komplekst end en art–art interaktion. Nogle af de steder, vi samplede langs Blue Ridge og Appalachian mountains, viser en ujævn fordeling af infektionstyper inden for G. pennsylvanicus populationer (Fig. 3a). I denne region kan der således forekomme mulige interaktioner mellem populationer af uinficeret G. firmus, G. nr. pennsylvanicus inficeret med enten rubens – eller pennsylvanicus-Type Ulvbachia og G. nr pennsylvanicus inficeret med både Rubens – og pennsylvanicus-type Ulvbachia stammer. I de nævnte Gryllus-arter og specifikt de flere infektionstyper, der findes i G. nr. pennsylvanicus befolkning indikerer, at begrænsning til genstrømning kan forekomme inden for en population på grund af forskelle i infektionstype. Individers reproduktive succes i disse populationer afhænger af deres infektionsprofil såvel som af de personer, som de parrer sig med. Vores koncept om, hvad der udgør en art i slægten Gryllus, skal revurderes i lyset af de Ulvebachia-infektioner, de har.

infektioner med Ulvebachia kan feje gennem en population som et resultat af den fordel, som inficerede hunner har i forhold til uinficerede hunner (35). I betragtning af at G. pennsylvanicus og G. firmus har vist sig at hybridisere i laboratoriet (19), og at der er bevis for hybridisering i marken (21), den nuværende fordeling af G. firmus kan fortolkes som en relikt, fra et bredere område, gennem hvilket en fejning af en inficeret befolkning flyttede. En alternativ forklaring kan være flere infektionssteder med den samme Ulvbachia-stamme, men vi har ingen oplysninger om, hvordan Ulvbachia-bakterier overføres vandret på tværs af arter eller hyppigheden, hvormed de erhverves. Derfor vælger vi den mest parsimonious forklaring, at infektionen opstod på et sted og efterfølgende spredte sig. Faktisk tyder vores data på, at Ulvbachia-infektionerne har en geografisk komponent, og at rubens-typen stammer fra syd, hvor den dominerer (Fig. 3a). Men i G. nr. pennsylvanicus befolkning i det østlige Nordamerika, rubens-type infektion er udbredt i populationer udtaget i nord. Disse lokaliteter er de fjerneste punkter fra populationerne af Gryllus, der er ensartet inficeret med rubens-stammen og langt fra enhver rapporteret G. rubens populationer (Fig. 3 A og b). Vi foreslår, at rubens-type infektion bevægede sig gennem befolkningen i Gryllus, der eksisterede i det østlige Nordamerika før den østlige bevægelse af pennsylvanicus-typen stamme.

i Gryllus-populationerne kan dobbeltinficerede individer være resultatet af selektionstryk i en population, hvor der findes to bakteriestammer, der er tovejs uforenelige (Fig. 2 og 3a). Under en sådan omstændighed, individer, der er dobbelt inficeret, ville blive valgt til, fordi, hvis begge infektioner kan overleve i en cricket, hunnerne ville være kompatible med mænd, der bærer begge bakteriestammer. En tredje infektiv fejning af dobbeltinficerede individer kunne derefter opstå gennem befolkningen, fordi dobbeltinficerede hunner har en fordel i forhold til enkeltinficerede hunner, som kun kunne reproducere med succes med mænd inficeret med den samme Ulvbachia-stamme. Flere infektioner er blevet rapporteret fra en række forskellige insekthastigheder (37-39), Og dobbeltinficerede hanner har vist sig at være delvist eller fuldstændigt uforenelige med enkeltinficerede hunner i andre insekter (37-41). Vi forudsiger, at dobbeltinfektioner kan forekomme i lokaliteter, hvor enkeltinfektioner med to tovejs uforenelige stammer af Ulvbachia forekommer i den samme eller meget nært beslægtede taksa.

på en skærm af tempereret insektskat ved hjælp af PCR med specifikke 16S rRNA-primere fandt vi, at 16% af 615 insektskat fra en lang række familier og ordrer var inficeret med Ulvbachia (R. G. og H. M. R., upublicerede data), og lignende infektionsrater er opnået for tropiske insekter (42). I betragtning af denne hyppighed af infektion forudsiger vi, at andre insekthybrid-områder vil blive fundet at være defineret i det mindste delvist af Ulvbachia-infektion og cytoplasmatisk inkompatibilitet. Nogle slægter af insekter kan være mere tilbøjelige til infektion med Ulvbachia som følge af deres naturlige historie. Artsdannelse inden for disse grupper skal undersøges med hensyn til den rolle, som Ulvebachia spiller.