Anna Voulgari Kokota

• Insect microbiota plays an essential role on the hosts’ health and fitness, regulating their development, nutrition and immunity. The natural microbiota of bees, in particular, has been given much attention, largely because of the globally reported bee population declines. However, although the worker honey bee has been associated with distinctive and specialized microbiota, the microbiota of solitary bees has not been examined in detail, despite their enormous ecological importance. The main objectives of the present thesis were a) theInsect microbiota plays an essential role on the hosts’ health and fitness, regulating their development, nutrition and immunity. The natural microbiota of bees, in particular, has been given much attention, largely because of the globally reported bee population declines. However, although the worker honey bee has been associated with distinctive and specialized microbiota, the microbiota of solitary bees has not been examined in detail, despite their enormous ecological importance. The main objectives of the present thesis were a) the bacterial community description for various solitary bee species, b) the association of the solitary bee microbiota with ecological factors such as landscape type, c) the relation of the bee foraging preferences with their nest bacterial microbiota, d) the examination of the nest building material contribution to the nest microbiota, e) the isolation of bacterial strains with beneficial or harmful properties for the solitary bee larvae and f) the pathological investigation of bacteria found in deceased solitary bee larvae. The findings of the present study revealed a high bacterial biodiversity in the solitary bee nests. At the same time, the bacterial communities were different for each bee host species. Furthermore, it was shown that the pollen bacterial communities underwent compositional shifts reflecting a reduction in floral bacteria with progressing larval development, while a clear landscape effect was absent. The examination of the nest pollen provisions showed different foraging preferences for each included bee species. Both the pollen composition and the host species identity had a strong effect on the pollen bacteria, indicating that the pollen bacterial communities are the result of a combinatory process. The introduced environmental material also contributed to the nest natural microbiome. However, although the larval microbiota was significantly influenced by the pollen microbiota, it was not much associated with that of the nest material. Two Paenibacillus strains isolated from O. bicornis nests showed strong antifungal activities, while several isolated strains were able to metabolize various oligosaccharides which are common in pollen and nectar. Screening for potential pathogenic bacteria in the nests of O. bicornis unveiled bacterial taxa, which dominated the bacterial community in deceased larvae, while at the same time they were undetectable in the healthy individuals. vi Finally, larvae which were raised in vitro developed distinct bacterial microbiomes according to their diet, while their life span was affected. The present thesis described aspects of the microbiota dynamics in the nests of seven megachilid solitary bee nests, by suggesting which transmission pathways shape the established bacterial communities and how these are altered with larval development. Furthermore, specific bacterial taxa were associated with possible services they might provide to the larvae, while others were related with possible harmful effects. Future studies should integrate microbiota examination of different bee generations and parallel investigation of the microbiota of the nests and their surrounding environment (plant community, soil) to elucidate the bacterial transmission paths which establish the nest microbiota of solitary bees. Functional assays will also allow future studies to characterize specific nest bacteria as beneficial or harmful and describe how they assist the development of healthy bees and the fitness of bee populations.…
• Insektenmikrobiota spielt eine entscheidende Rolle für die Gesundheit und Fitness ihres Wirtes, indem sie dessen Entwicklung, Nahrung und Immunität reguliert. Dem natürlichen Mikrobiom der Honigbiene ist bereits viel Aufmerksamkeit gewidmet worden, was vor allem auf die Berichte des globalen Rückgangs der Bienenpopulationen zurückzuführen ist. Insbesondere sind die Arbeiterinnen der Honigbiene in Verbindung mit unverkennbaren und spezialisierten Bakterien gebracht worden, die hauptsächlich durch soziale Kontakte übertragen werden. DemgegenüberInsektenmikrobiota spielt eine entscheidende Rolle für die Gesundheit und Fitness ihres Wirtes, indem sie dessen Entwicklung, Nahrung und Immunität reguliert. Dem natürlichen Mikrobiom der Honigbiene ist bereits viel Aufmerksamkeit gewidmet worden, was vor allem auf die Berichte des globalen Rückgangs der Bienenpopulationen zurückzuführen ist. Insbesondere sind die Arbeiterinnen der Honigbiene in Verbindung mit unverkennbaren und spezialisierten Bakterien gebracht worden, die hauptsächlich durch soziale Kontakte übertragen werden. Demgegenüber wurden die Mikrobiome der Solitärbienen, trotz ihrer enormen ökologischen Bedeutung, bisher noch nicht im Detail untersucht. Die Hauptziele der vorliegenden Doktorarbeit waren a) die Beschreibung der Bakteriengemeinschaften von unterschiedlichen Solitärbienenarten, b) die Assoziation von Mikrobiota der Solitärbienen mit ökologischen Faktoren wie dem Landschaftstyp, c) die Erforschung der Präferenzen der Nahrungssuche von Solitärbienen in Bezug auf die bakteriellen Gemeinschaften ihrer Nester, d) die Untersuchung des Beitrages des Nestbaumaterials zur gesamten Mikrobiota des Nestes, e) die Isolierung von Bakterienstämmen mit vorteilhaften oder schädlichen Eigenschaften auf die Entwicklung der Solitärbienenlarven und f) die Untersuchung von pathologischen Bakterien, die in verstorbenen Solitärbienenlarven gefunden wurden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigten eine hohe bakterielle Biodiversität in den Nestern der Solitärbienen. Gleichzeitig waren die bakteriellen Gemeinschaften bei jeder Wirtsbienenart unterschiedlich. Es wurde weiterhin gezeigt, dass die Bakteriengemeinschaften der Pollen, Verschiebungen in der Zusammensetzung unterlagen. Diese Verschiebung spiegelt eine Abnahme von Blütenbakterien mit fortschreitender Larvenentwicklung wider. Dabei wurde kein Landschaftseffekt festgestellt. Die Untersuchung des Pollenvorräte der Nester ergab unterschiedliche Präferenzen der Futtersuche für jede einbezogene Bienenspezies. Sowohl die Zusammensetzung des Pollens als auch die Identität der Wirtsspezies wirkten sich stark auf die Pollenbakterien aus, was darauf hindeutet, dass die Pollenbakteriengemeinschaften das Ergebnis eines kombinatorischen Prozesses sind. Das eingetragene Umweltmaterial trug auch zum natürlichen Mikrobiom des Nestes bei. Die Mikrobiota der Larven wurden zudem signifikant durch die Pollenmikrobiota beeinflusst, jedoch nicht sehr stark durch das Nestmaterial. Zwei Paenibacillus-Stämme, die aus Nestern von O. bicornis isoliert wurden, zeigten starke antimykotische Aktivitäten. Darüber hinaus konnten mehrere isolierte Stämme verschiedene Oligosaccharide metabolisieren, die in Pollen und Nektar üblich sind. Das Screening auf potenziell pathogene Bakterien in den Nestern von O. bicornis enthüllte bakterielle Taxa, welche die Bakteriengemeinschaft in verstorbenen Larven dominierten und nicht in den gesunden Individuen nachweisbar waren. Letztendlich entwickelten Larven, die in vitro gezüchtet wurden, ihrer Ernährung entsprechend, unterschiedliche bakterielle Mikrobiome. Außerdem wurde dadurch ihre Lebensdauer beeinträchtigt. In der vorliegenden Arbeit wurden Aspekte der Mikrobiota-Dynamik in den Nestern von sieben Solitärbienen der Familie Megachilidae beschrieben, indem suggeriert wurde, welche Übertragungswege die etablierten Bakteriengemeinschaften prägen und wie diese mit der Entwicklung der Larven verändert werden. Darüber hinaus wurden bakterielle Taxa identifiziert, die für die Wirte mit einem möglichen funktionellen Nutzen verbunden sind, während andere mit möglichen schädlichen Wirkungen in Verbindung stehen. Zukünftige Studien sollten sowohl Mikrobiota-Untersuchungen verschiedener Bienengenerationen als auch die parallele Untersuchung der Mikrobiota der Nester und ihrer Umgebung (Pflanzengemeinschaft, Boden) einschließen, um die bakteriellen Übertragungswege umfassend aufzuklären, die die Nestmikrobiome von Soltärbienen begründen. Außerdem könnten funktionelle Assays in zukünftigen Untersuchungen dazu dienen, spezifische Nestbakterien als nützlich oder schädlich zu charakterisieren, und beschreiben, wie sie die Entwicklung gesunder Bienen und die Fitness der Bienenpopulationen unterstützen.…