Ecology and Evolution of symbiotic microbial communities in fungus farming ambrosia beetles
Ökologie und Evolution von symbiotischen mikrobiellen Gemeinschaften in Pilzzüchtenden Ambrosiakäfern
Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-241546
- Within my PhD project I gained several novel insights into the poorly investigated
symbiotic world of fungus farming ambrosia beetles and their bark beetle ancestors,
where I especially focused on physiological interactions and capabilities of
associated fungal symbionts. Here, (i) I could confirm the association of mutualistic
Phialophoropsis fungi with the ambrosia beetle genus Trypodendron and found hints
for a possible new Phialophoropsis species in T. signatum and T. domesticum.
Moreover, I could show that mutualistic fungi ofWithin my PhD project I gained several novel insights into the poorly investigated
symbiotic world of fungus farming ambrosia beetles and their bark beetle ancestors,
where I especially focused on physiological interactions and capabilities of
associated fungal symbionts. Here, (i) I could confirm the association of mutualistic
Phialophoropsis fungi with the ambrosia beetle genus Trypodendron and found hints
for a possible new Phialophoropsis species in T. signatum and T. domesticum.
Moreover, I could show that mutualistic fungi of Trypodendron ambrosia beetles are
able to decompose major woody polysaccharides such as cellulose and xylan.
Additionally, (ii) I provided the first images using micro-computed tomography (µCT)
of the formerly unknown structure of the mycetangium of Trypodendron leave. (iii) I
could confirm a general tolerance towards ethanol in mutualistic ambrosia beetle
fungi, while antagonistic fungi as well as most examined fungal bark beetle
associates (e.g. possibly tree-defense detoxifying species) were highly sensitive to
even low concentrations of ethanol. Further, (iv) I found that natural galleries of
ambrosia beetles are highly enriched with several biologically important elements
(such as N, P, S, K, Mg) compared to the surrounding woody tissue and suggest that
mutualistic fungi are translocating and concentrating elements from the immediate
surrounding xylem to the beetles galleries. Furthermore, (v) I could show that various
fungi associated with bark and ambrosia beetles (mutualists, possibly beneficial
symbionts) are emitting several volatile organic compounds mostly within aliphatic
and aromatic alcohols and esters, while non-mutualistic and free living species were
generally emitting a lower number and amount of volatiles. Finally, especially bark
and ambrosia beetle fungi were found to incorporate several amino acids, from which
some are especially important for the production of certain volatile organic
compounds. Amino acid content also indicated a higher nutritional value for certain
species. Here, I propose that especially volatile organic compounds are widespread
key players in maintaining various symbioses between fungi and beetles, as already
proven by a recent study on the bark beetle Ips typographus (as well as for some
other bark beetle-fungus symbioses, see summary in Kandasamy et al. 2016) and
also suggested for ambrosia beetles.…
- Im Rahmen meiner Promotion konnte ich einige neue Einblicke in die symbiotische
Welt von Pilz-züchtenden Ambrosiakäfern sowie ihren direkten Vorfahren den
Borkenkäfern, mit speziellen Fokus auf physiologische Interaktionen und
Besonderheiten der assoziierten Pilzen, erlangen. Hier konnte ich (i) die Assoziation
der europäischen Trypodendron Arten mit mutualistischen Pilzen in der Gattung
Phialophoropsis generell bestätigen und fand des weiteren Hinweise auf eine
vermutlich neue Phialophoropsis Art in den beiden Ambrosiakäfern T.Im Rahmen meiner Promotion konnte ich einige neue Einblicke in die symbiotische
Welt von Pilz-züchtenden Ambrosiakäfern sowie ihren direkten Vorfahren den
Borkenkäfern, mit speziellen Fokus auf physiologische Interaktionen und
Besonderheiten der assoziierten Pilzen, erlangen. Hier konnte ich (i) die Assoziation
der europäischen Trypodendron Arten mit mutualistischen Pilzen in der Gattung
Phialophoropsis generell bestätigen und fand des weiteren Hinweise auf eine
vermutlich neue Phialophoropsis Art in den beiden Ambrosiakäfern T. domesticum
und T. signatum. Außerdem konnte ich zeigen, dass mutualistische Pilze, welche mit
Ambrosiakäfern der Gattung Trypodendron assoziiert sind, wesentliche
Polysaccharide im Holz (Cellulose und Xylan) abbauen können. Zusätzlich war es
mir möglich, (ii) erstmals die Pilzsporen übertragende Struktur „Mycetangium“ des
Ambrosiakäfers Trypodendron laeve zu untersuchen und durch den Einsatz von
Mikro-Computertomographie (µCT) somit die ersten detaillierten Aufnahmen bereit
zu stellen. Außerdem bestätigten und ergänzten meine Studien, (iii) das Ethanol� Toleranz unter Ambrosiakäfer-Pilzen eine wohl sehr weit verbreitete Besonderheit ist,
wohingegen für die Käfer bzw. für die Ambrosiapilze schädliche Pilze stark durch
schon geringe Ethanol-Konzentrationen gehemmt werden. Interessanterweise
wurden auch nahezu alle mit Borkenkäfern assoziierten Pilze stark durch Ethanol
gehemmt. Des Weiteren konnte ich zeigen, (iv) das natürliche Brutsysteme von
Ambrosiakäfern, im Gegensatz zu unbesiedeltem Splintholz, sehr stark mit
verschiedenen essentiellen Elementen (wie etwa N, P, S, K und Mg) angereichert
sind. Sehr wahrscheinlich ist es den Pilzsymbionten möglich, Elemente aus
unmittelbar umliegendem Splintholz abzuziehen und diese in den Brutsystemen der
Käfer entsprechend anzureichern. Außerdem konnte ich zeigen, (v) das nahezu alle
untersuchten Borken- und Ambrosiakäfer-Pilze (Mutualisten sowie möglicherweise
begünstigende Symbionten) eine Vielzahl an flüchtigen Inhaltsstoffen produzieren,
welche sich hier vor allem in die Gruppe der aliphatischen und aromatischen
Alkohole und Ester eingliedern. Nicht mutualistische Pilze sowie freilebende Arten
produzierten im Vergleich eine geringere Anzahl an unterschiedlichen flüchtigen
Inhaltsstoffen und emittierten zumeist geringere Mengen davon. Schließlich konnte
ich zeigen, dass vor allem Pilze welche mit Borken- und Ambrosiakäfern assoziiert
sind, größere Mengen an verschiedenen Aminosäuren in ihrer Biomasse einbauen,
von welchen einige besonders wichtig sind um bestimmte flüchtige Inhaltsstoffe zu
bilden. Dazu kann durch den Anteil der gefundenen Aminosäuren in der
Pilzbiomasse auf den nährstoffreichen Charakter der Pilze geschlossen werden.
Diese flüchtigen Inhaltsstoffe haben mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine
essenzielle Rolle innerhalb einer Vielzahl an Käfer-Pilz Symbiosen und sind
vermutlich maßgeblich an dem Erfolg und Bestand solcher Symbiosen beteiligt. Dies
wurde bereits in jüngster Vergangenheit bei dem Borkenkäfer Ips typographus mit
seinen assoziierten Pilzen gezeigt (aber auch bei einigen weiteren Borkenkäfern,
siehe Zusammenfassung von Kandasamy et al., 2016), während es bei
Ambrosiakäfern bisher nur vermutet wurde.…
Author: | Maximilian LehenbergerORCiDGND |
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URN: | urn:nbn:de:bvb:20-opus-241546 |
Document Type: | Doctoral Thesis |
Granting Institution: | Universität Würzburg, Graduate Schools |
Faculties: | Graduate Schools / Graduate School of Life Sciences |
Referee: | Prof. Dr. Peter H. W. Biedermann, Prof. Dr. Thomas Schmitt, Prof. Dr. Richard Hofstetter, Prof. Dr. Cameron Currie |
Date of final exam: | 2021/07/12 |
Language: | English |
Year of Completion: | 2022 |
Publisher: | Fungal Ecology, Frontiers in Microbiology, Deutsche Gesellschaft für allgemeine und angewandte Entomologie |
DOI: | https://doi.org/10.25972/OPUS-24154 |
Dewey Decimal Classification: | 5 Naturwissenschaften und Mathematik / 59 Tiere (Zoologie) / 590 Tiere (Zoologie) |
Tag: | Ambrosiakäfer; Borkenkäfer; Pilze; Symbiose Ambrosia beetles; bark beetles; fungi; mutualism; symbiosis |
Release Date: | 2022/07/12 |
Licence (German): | ![]() |