Studio della comunità microbica associata al coleottero giapponese Popillia japonica

Il coleottero giapponese Popillia japonica è una specie appartenente alla famiglia degli Scarabeidi. Nativo del Giappone, dove è controllato dai predatori naturali, si è diffuso all'inizio del XX secolo negli USA e in Canada mentre negli anni '70 è stato avvistato nelle Isole Azzorre. In Italia è presente dal 2014 ed è inserito come specie da quarantena nella lista A2 della European and Mediterranean Plant Protection Organization (EPPO). Gli adulti sono estremamente polifagi e danneggiano le piante scheletrizzando il fogliame, consumano il materiale fogliare tra le vene, e si nutrono anche dei frutti. Le larve vivono nel terreno e si nutrono delle radici. Gli insetti hanno stabilito con i microrganismi delle relazioni simbiotiche, che influenzano la biologia e la fisiologia dell'ospite, come la nutrizione, la difesa nei confronti di stress o la riproduzione. I simbionti possono contribuire al potenziale invasivo di un insetto aiutando il loro ospite ad adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali. Queste interazioni permettono di approfondire le conoscenze di base sulla simbiosi, nell'ottica di sviluppare dei metodi di biocontrollo nei confronti di insetti dannosi o vettori di malattie, sfruttando la risorsa microbica ad essi associata.
Questa tesi è volta a caratterizzare la variazione della comunità microbica , in termini di struttura e composizione associata a P. japonica quando alimentato su piante differenti. Gli obiettivi dello studio sono stati: i) misurare l'abbondanza delle comunità batterica e fungina associate all'intestino del coleottero giapponese e osservarne la variazione in base all'alimentazione su piante diverse (Rosa agrestis, Prunus spinosa, Corylus avellana e insetti raccolti in campo ovvero Testimone) e all'anno di campionamento (2017, 2018, 2019); ii) costituire una collezione di isolati batterici per valutare il coinvolgimento in attività degradative di flavonoidi e terpeni, tipicamente presenti nelle piante con funzione di difesa nei confronti di stress biotici e biotici.
Inizialmente, mediante l'utilizzo della PCR quantitativa è stata misurata l'abbondanza della comunità batterica con valore medio di 1,55 × 10^7 copie del gene 16S rRNA per intestino, valori più elevati per gli insetti alimentati su P. spinosa. L'abbondanza della comunità fungina era, invece, in media di 1,32 × 10^7 copie dello spaziatore genico ITS1 per intestino, con valori anche in questo caso più elevati in esemplari nutriti su P. spinosa. Si sono riscontrate differenze significative sull'abbondanza delle copie del gene 16S rRNA e del frammento genico ITS1 a seconda della dieta e dell'anno di campionamento. L'influenza della dieta o del momento di campionamento sulla variazione della composizione della comunità microbica associata agli insetti è stata frequentemente dimostrata, mentre un numero minore di studi è disponibile per quanto riguarda la variazione dell'abbondanza delle comunità microbiche. I dati inoltre suggerivano che l'alimentazione su P. spinosa poteva favorire, nell'intestino dell'insetto, l'instaurarsi di una comunità fungina più abbondante rispetto agli esemplari alimentati sulle altre piante o che una maggior quantità di funghi poteva essere presente sul materiale ingerito dal coleottero in riferimento a questa pianta. La seconda parte del lavoro ha riguardato la costituzione di una collezione di isolati batterici. Mediante l'utilizzo di specifici terreni sono stati ottenuti da campioni di intestino di P. japonica 152 isolati, i quali sono stati identificati tramite il sequenziamento del gene 16S rRNA. Il phylum Proteobacteria è risultato essere quello più abbondante (classi Alpha-, Beta- e Gammaproteobacteria), seguito dal phylum Firmicutes e da due isolati del phylum Actinobacteria. I generi della collezione sono comunemente associati agli intestini di insetti: nello specifico, rappresentanti delle classi Alpha-, Beta- e Gammaproteobacteria, Bacilli e Actinobacteria sono stati individuati anche in una ricerca di caratterizzazione della comunità batterica associata a P. japonica. Data l'estrema polifagia dell'insetto e considerando che composti presenti nelle piante, come terpeni e flavonoidi, rappresentano una difesa per la pianta, si è focalizzata l'attenzione verso il potenziale contributo dei microrganismi nel ridurre l'attività antagonista di alcune delle molecole citate. Tra i 152 membri della collezione sono stati scelti 20 isolati di 18 specie diverse e sono stati condotti saggi di crescita in presenza di naringina, quercetina o limonene. Il limonene e la quercetina hanno inibito in molti casi la crescita batterica, mentre si è osservata una buona crescita su naringina. In conclusione, questo studio ha aumentato le conoscenze relative alla comunità microbica associata a P. japonica. Future ricerche dovranno approfondire il ruolo dei microrganismi intestinali nella degradazione dei flavonoidi, ponendo attenzione nei confronti del contributo microbico alla fisiologia dell'ospite in esame.