Wolbachia ha effetti sottili sulla preferenza termica nella Drosophila melanogaster altamente consanguinea che varia a seconda dello stadio di vita e delle condizioni ambientali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13792 (2023) Citare questo articolo

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Le fluttuazioni di temperatura rappresentano una sfida per gli ectotermi che non sono in grado di regolare la temperatura corporea con mezzi fisiologici e quindi devono regolare il loro ambiente termico attraverso il comportamento. Tuttavia, si sa ancora poco sul fatto che i simbionti microbici influenzino la preferenza termica (Tp) negli ectotermi modulando la loro fisiologia. Diversi studi recenti hanno dimostrato effetti sostanziali delle infezioni da Wolbachia sulla Tp dell'ospite in diverse specie di Drosophila. Questi dati indicano che la direzione e la forza della variazione delle preferenze termiche dipendono fortemente dai genotipi dell'ospite e del simbionte e sono altamente variabili tra gli studi. Utilizzando esperimenti altamente controllati, abbiamo studiato l'impatto di diversi fattori ambientali tra cui umidità, qualità del cibo, esposizione alla luce e configurazione sperimentale che possono influenzare le misurazioni di Tp nelle mosche adulte della Drosophila melanogaster. Inoltre, abbiamo valutato gli effetti dell'infezione da Wolbachia sulla Tp della Drosophila in diversi stadi di sviluppo, cosa che non era mai stata fatta prima. Troviamo solo sottili effetti di Wolbachia sulla Tp dell'ospite che sono fortemente influenzati dalla variazione sperimentale negli adulti, ma non durante le fasi della vita giovanile. Le nostre analisi approfondite mostrano che la variazione ambientale ha un'influenza sostanziale su Tp, il che dimostra la necessità di un'attenta progettazione sperimentale e di caute interpretazioni delle misurazioni Tp insieme a una descrizione approfondita dei metodi e delle attrezzature utilizzate per condurre studi comportamentali.

La temperatura modula molti processi fisiologici e ha effetti diretti sullo sviluppo, sulla sopravvivenza e sulla riproduzione di qualsiasi organismo1,2. Gli ectotermi non hanno la capacità di regolare la temperatura corporea con mezzi fisiologici e sono particolarmente influenzati dalle variazioni di temperatura3. La loro termoregolazione è quindi spesso mediata attraverso il comportamento4 (Stevenson, 1985), quindi gli ectotermi tendono a occupare nicchie ambientali vicine alle loro condizioni termiche ottimali per sopravvivere e propagarsi. Ogni organismo esibisce una preferenza termica (Tp), ovvero la temperatura corporea preferita o l'intervallo di temperatura scelto in assenza di altri vincoli ecologici5. Tuttavia, le stime di Tp non sono affatto assolute, ma possono essere fortemente influenzate dalle interazioni con fattori ecologici e persino con i simbionti. Gli endotermi, ad esempio, combattono le infezioni batteriche e virali con la febbre aumentando fisiologicamente la loro temperatura corporea al di fuori dell'ottimale termico dei loro agenti infettivi. Diversi studi dimostrano che anche gli ectotermi impiegano strategie comportamentali simili modificando la loro Tp6,7,8,9,10,11. Ad esempio, i grilli cercano attivamente temperature più elevate quando vengono infettati dal batterio patogeno Serratia marcescens, che può avere effetti fisiologici simili alla febbre in risposta alle infezioni patogene12. Tuttavia, anche il comportamento opposto, cioè il freddo comportamentale, è stato segnalato per l'organismo poikilotherm come meccanismo per combattere i patogeni, ad esempio nella Drosophila13.

In particolare, tre studi recenti hanno studiato i cambiamenti del comportamento termico nella Drosophila melanogaster infettata dal batterio endosimbionte Wolbachia14,15,16. Due di questi studi hanno scoperto che, a seconda della variante Wolbachia, le mosche infette sceglievano temperature più fredde rispetto agli individui non infetti14,15. Sebbene tale risposta comportamentale sia probabilmente fortemente influenzata dalle condizioni ambientali e sperimentali e non da un modello generale16, questi risultati potrebbero suggerire che gli ospiti possono alleviare gli effetti dannosi delle infezioni ad alto titolo scegliendo temperature ambientali al di fuori dell’intervallo fisiologico ottimale del simbionte. Resta tuttavia incerto se tali modelli comportamentali siano limitati agli adulti o si trovino anche nelle fasi della vita giovanile. Trovare la temperatura ottimale per lo sviluppo è fondamentale poiché qualsiasi disturbo importante durante gli stadi giovanili potrebbe ridurre gravemente le possibilità di sopravvivenza e riproduzione dell'imago17. Manipolare le preferenze termiche in questa fase della vita dell’ospite potrebbe quindi essere rischioso ma benefico per il simbionte microbico, “impostando” il suo ambiente termico nelle prime fasi dello sviluppo dell’ospite. Tuttavia, per quanto ne sappiamo, nessuno studio ha ancora studiato gli effetti di Wolbachia sulla Drosophila Tp nelle fasi della vita giovanile.

0.05; Table S2), which is in stark contrast to substantial Tp differences (2–4 °C) among variants previously described by Truitt et al.14. Thus, despite using a similar design for the thermal gradient device as in Truitt et al.14, we were not able to reproduce the previously obtained results. Keeping the lines in the lab for 4–5 years with high inbreeding prior to the repeated thermal gradient assays might have potentially influenced the results through mutation accumulation, titer reduction or other unknown genetic factors47. Moreover, differences in the environmental conditions during our experiment and the experiments in Truitt et al.14 may strongly confound thermal behavior. For example, the experiments in Truitt et al.14 were neither controlled for light cues nor for the effects of humidity nor ambient temperature variation. While the experiments in Arnold et al.15 were carried out in complete darkness, these assays were also neither controlled for humidity variation nor ambient temperature variation. Such environmental factors may have a strong influence on behavior during experimental assays, which could potentially overwhelm subtle variation in thermal preference./p>