보데가 헤드에서 땅을 파는 벌의 둥지에 대한 흥미로운 발견 > 뉴스

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UC 데이비스 곤충학 및 곤충학과의 레이첼 바넷 연구소의 미생물학자 숀 크리스텐슨이 주도한 최근 발표된 연구에 따르면, 보데가 헤드와 다른 태평양 연안 해변의 모래 절벽에 둥지를 트는 독방벌의 미성숙 단계에서 발견된 미생물은 벌이 병원균으로부터 자신을 방어하고 추위 스트레스로부터 보호하는 데 도움이 될 수 있다고 합니다.

땅속에 둥지를 틀고 사는 땅파는 벌인 안토포라 봄보이데스 스탠드포드디나는 1904년 스탠퍼드 대학교에서 수집한 아종 이름인 '스탠포드아나'에서 유래하여 '스탠포드 땅벌 파는 벌'이라고도 불립니다. 북미 서해안에 서식하는 노란얼굴 땅벌인 봄부스 보스네센스키(Bombus vosnesenskii)를 모방한 것입니다.

"공생 박테리아와 곰팡이가 휴면기에 증식하여 독방 꿀벌의 겨울철 생존율을 높일 수 있다"는 연구 논문은 "국제 미생물 생태학회"(ISME) 저널의 최신호에 게재되었으며 국립과학도서관 웹사이트에 게시되어 있습니다.

숀 크리스텐슨, UC 데이비스 박사 과정 학생(사진 제공: UC 데이비스)

바넷 연구실에서 식물 수분 매개 시스템과의 미생물 상호작용/공생 및 진화적 특성을 연구하는 크리스텐슨은 "다른 시스템에서 이전에 가정하고 발견했던 것과는 달리, 우리는 휴면(휴면기라고도 함) 벌이 더 풍부한 공생 박테리아와 균류를 가지고 있다는 사실을 발견했습니다."라고 말했습니다. 올 여름 UC 데이비스에서 미생물학 박사 학위를 받을 예정인 그는 생태학 및 진화생물학 분야에서 가장 뛰어난 박사 학위 논문을 선정해 매년 수여하는 '머튼 러브 생태학 및 논문상'의 2024년 수상자입니다.

크리스텐슨은 "미생물이 휴면기에 있는 벌이 병원균으로부터 자신을 방어하고 특히 취약한 시기에 추위 스트레스로부터 보호하는 데 도움을 줄 수 있는 단계별 공생 관계를 나타내는 것으로 추정됩니다."라고 말했습니다. "연구실의 학부 연구원 스리람 스리니바스와 함께 연구한 결과, 발달 중인 꿀벌의 공생 박테리아인 스트렙토마이세스가 꿀벌 병원균의 성장을 억제할 수 있다는 사실을 발견했습니다."

코넬 대학교, UC 리버사이드, 애리조나 대학교의 동료들을 포함한 6명으로 구성된 연구팀은 또한 "이 독방 꿀벌의 미생물군은 매우 일관성이 있으며 대부분의 군집 세포에서 동일한 분류군이 비슷한 비율로 나타난다는 것을 발견했습니다."라고 Christensen은 말합니다. "이는 일반적으로 사회적 전파가 부족하여 다양한 마이크로바이옴을 가진 독방 종에서는 드문 일입니다. 우리는 여전히 이 독특한 측면을 탐구하고 있습니다!"

"숙주-미생물 간 상호작용은 꿀벌을 포함한 많은 거대 미생물의 발달과 건강의 기초가 됩니다. 많은 사회성 꿀벌은 수직적으로 전염되는 장내 세균의 혜택을 받는 반면, 현재 데이터에 따르면 꿀벌 내 종 다양성의 대부분을 차지하는 독방 꿀벌은 고도로 특화된 장내 미생물이 부족한 것으로 나타났습니다. 이 글에서는 땅속에 둥지를 틀고 사는 일벌 Anthophora bomboides standfordiana의 전체 생애 주기에 걸쳐 박테리아와 곰팡이의 구성과 풍부함을 조사합니다. 예상과 달리 미성숙 꿀벌 단계에서는 방선균 속(스트렙토마이세스, 노카디오디오데스)과 곰팡이 모닐리엘라 스파툴라타로 구성된 뚜렷한 핵심 마이크로바이옴을 유지합니다. 휴면(휴면기) 애벌레 꿀벌은 가장 풍부하고 독특한 박테리아와 곰팡이를 숙주로 삼아 각각 초기 복제본 수의 33배와 52배에 달했습니다. 저희는 휴면 중인 꿀벌의 미생물 기능에 관한 두 가지 적응 가설을 테스트했습니다. 첫째, 분리된 박테리아와 곰팡이를 사용하여 번식 세포의 스트렙토마이세스가 여러 병원성 사상균의 성장을 억제하여 꿀벌이 높은 병원균 압력에 직면하는 월동 기간 동안 병원균 보호 역할을 하는 것을 발견했습니다. 둘째, 당 알코올 조성은 곰팡이 풍부도의 주요 변화와 함께 변화하여 꿀벌의 내한성 또는 월동 생물학과의 연관성을 시사합니다. 우리는 A. 봄보이데스가 유충의 발달과 휴면기를 통해 주요 체력 이점을 제공할 수 있는 보존된 핵심 미생물군을 숙주로 삼는다는 사실을 발견했으며, 이는 이 미생물군이 어떻게 유지되고 세대 간에 충실하게 전달되는지에 대한 의문을 제기합니다. 우리의 연구 결과는 성숙하거나 활동적인 곤충 발달 단계의 마이크로바이옴에 초점을 맞추면 숙주 휴면기에 단계별 공생체와 미생물 체력 기여를 간과할 수 있음을 시사합니다."

이 벌은 남부 마린 카운티의 언덕이 많은 반도인 마린 헤드랜드의 해변 절벽, 소노마 카운티 보데가 헤드의 모래 절벽, 샌 마테오 카운티의 모스 비치 절벽 등에서 흔히 발견됩니다. 암컷은 포탑 모양의 둥지를 만듭니다.

지역사회 생태학자이자 챈슬러 펠로우이며 곤충학 및 곤충학과의 부교수 겸 부의장인 바넷은 이 프로젝트에 자금을 지원한 국립과학재단 보조금의 수석 연구자입니다.

레이첼 바넷, UC 데이비스 부교수(사진 제공: UC 데이비스)

"꿀벌과 미생물 간의 상호작용에 대한 이전 연구에서는 장내 세균이 꿀벌과 다른 코르비큘러 사회성 꿀벌에게 어떻게 도움이 되는지 밝혀졌지만 이러한 미생물은 사회성 꿀벌에만 한정되어 있습니다."라고 Vannette는 말합니다. "우리는 독방 꿀벌도 유익한 미생물과 연관되어 있는지 궁금해했고, 이전에 설명되지 않았던 꿀벌, 곰팡이, 박테리아 간의 파트너십을 발견했습니다. 이 연구는 꿀벌 생태와 숙주-미생물 상호작용에 대한 새로운 질문, 즉 독방벌이 박테리아 및 곰팡이와 어떻게 특정한 연관성을 유지하는지에 대한 의문을 열어줍니다. 스트렙토마이세스는 곰팡이를 억제하기 위해 어떤 화학 물질을 사용할까요? 이러한 연관성이 꿀벌에게 도움이 될까요? 우리는 가능성이 있다고 생각하지만 지속적인 연구를 통해 이러한 질문을 조사할 것입니다."

바넷은 "로빈 소프를 비롯한 UC 데이비스의 이전 교수진이 잘 연구해 온 꿀벌 종에서 이 독특한 공생 관계를 발견하게 되어 매우 기쁩니다."라고 말했습니다. "UC 데이비스의 선충학자 해리 카야는 대학원생인 로빈 기블린과 함께 안토포라 봄보이드에 서식하는 선충인 부르사펠렌쿠스 시아니에 대해서도 설명했습니다. 우리 연구실에서는 이 꿀벌 종의 군집 세포 마이크로바이옴과 선충 사이의 연관성도 조사하고 있습니다."

호박벌의 세계적 권위자이자 UC 데이비스 곤충학 명예교수인 토프(1933~2019)는 "종 이름(봄보이데스)은 호박벌의 모방종이라는 것을 나타냅니다."라고 설명합니다. "암컷 꿀벌은 물을 빨아들여 사암 둑 표면에 역류시킨 다음 부드러운 진흙을 파내어 근처에 신선한 물 공급원이 필요합니다. 진흙의 일부를 사용하여 입구 포탑을 만드는데, 이는 아마도 둥지 집단 내에서 둥지를 찾는 데 도움을 주기 위한 것으로 추정됩니다."라고 설명합니다.

이 논문의 다른 공동 저자는 다음과 같습니다.

야생 및 독방 꿀벌의 공생자(병원균, 공생자, 공생자)를 연구하는 퀸 맥프레더릭(Quinn McFrederick) UC 리버사이드 조교수

브라이언 댄포스, 코넬대학교 교수, 꿀벌의 체계와 진화를 전문으로 연구합니다.

애리조나 대학교 곤충학과 및 생태학 및 진화생물학과 소속의 수분 생태학자 스티븐 부흐만, 애리조나 대학교 교수

스리람 스리니바스, 당시 UC 데이비스 바넷 연구소의 학부 연구원

연구진은 "일벌은 일생의 최대 80%를 밀폐된 번데기 세포 안에서 발달하며, 이 기간 동안 발달 중인 벌은 신진대사와 형태에 상당한 변화를 겪는데, 특히 휴면기와 변태기에 가장 심오한 변화를 겪습니다."라고 썼습니다. 번식 세포는 성체 암컷이 꽃가루와 꿀을 만들어 공급합니다... 가끔씩 내생균 박테리아를 제외하고는 매 세대마다 환경으로부터 미생물을 새롭게 획득하고 여과하여 개체와 집단 간에 다양한 미생물 군집을 만드는 것으로 생각됩니다."

연구팀은 앰플리콘 시퀀싱, qPCR, 미생물 분리, 시험관 내 시험 및 분석을 통해 2년 동안 두 지역에서 8개의 발달 단계에 걸친 일벌 Anthophora bomboides stanfordiana Kirby, 1837(Hymenoptera: Apidae)의 세균 및 진균 미생물 군집의 구성, 풍부함, 잠재적 기능을 특성화했습니다. 우리는 이 독방 꿀벌 종의 군집 발달 전반에 걸쳐 독특하고 일관된 핵심 마이크로바이옴을 설명합니다."

미생물 생태학 분야의 국제적 리더인 바넷은 식물, 곤충, 미생물 간의 상호작용을 연구합니다. "저는 식물과 곤충 간의 상호작용에 대한 미생물의 기여에 대한 기초 및 응용 측면을 연구합니다."라고 그녀는 말합니다. "또한 이러한 시스템을 사용하여 식물의 생물 다양성과 형질 진화에 영향을 미치는 메커니즘과 같은 기본적인 생태학적 질문에 답합니다. 제 연구실의 많은 연구는 미생물이 초식동물에 대한 식물의 방어와 수분 매개자에 대한 식물의 유인력에 어떻게 영향을 미치는지에 초점을 맞추고 있습니다."

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