Phylogenetic studies of tephritid flies (Diptera, Tephritidae) and their symbiotic bacteria

I tefritidi costituiscono un’importante famiglia di ditteri fitofagi molti dei quali rivestono un notevole interesse economico in quanto dannosi alle colture agrarie. Le specie di maggior importanza sono quelle che si riproducono a carico del frutto tra cui Ceratitis capitata (Wiedemann) (mosca mediterranea della frutta), Bactrocera oleae (Rossi) (olivo), Rhagoletis cerasi (L.) (ciliegia), Rhagoletis completa (Cresson) (noce) e altre specie esotiche. Altre specie invece, come quelle appartenenti alla sottofamiglia Tephritinae vivono soprattutto a carico dei capolini fiorali delle Composite (Asteraceae). Nella famiglia dei tefritidi sono presenti simbiosi batteriche note per alcune specie da quasi un secolo (Petri, 1909; Stammer, 1929). Recentemente, grazie alle tecniche biomolecolari, è stata identificata e sequenziata la specie batterica simbionte della mosca dell’olivo. Per tale simbionte, che è risultato appartenere alle Enterobacteriaceae è stato proposto il nome “Candidatus Erwinia dacicola”. Il presente lavoro ha come obiettivo l’approfondimento delle conoscenze sulle relazioni tra i ditteri tefritidi e i loro batteri simbionti e si articola in tre parti la prima delle quali è già stata oggetto di una pubblicazione. 1. In continuazione della tesi di dottorato della dottoressa Alessia Piscedda, l’identità dei batteri simbionti è stata studiata in 25 specie della sottofamiglia Tephritinae (Diptera: Tephritidae) provenienti da diverse zone del nordest d’Italia e da paesi limitrofi. Per queste specie si è provveduto alla coltivazione del contenuto del mesointestino di mosche provenienti da pupe preventivamente sterilizzate, all’osservazione di preparati microscopici di questo stesso tratto dell’intestino con LIVE/DAD BacLight e all’utilizzo di tecniche biomolecolari. In accordo con quanto riportato da Stammer (1929) le indagini hanno consentito di accertare la presenza di batteri simbionti non coltivabili in numerose specie dei generi: Tephritis, Campiglossa., Trupanea, Acanthiophilus, Sphenella, e Oxyna. Simbiosi batteriche sono state rinvenute anche in alcuni generi non considerati da Stammer (Capitites, Dioxyna, Noeeta). I batteri, di cui è stato sequenziato un frammento del 16S rDNA di oltre 1000 bp, risultano specifici per ogni specie di insetto ospite e, come il simbionte della mosca dell’olivo (Bactrocera oleae), appartengono tutti alla famiglia delle Enterobacteriaceae. I batteri simbionti riscontrati nelle specie del genere Tephritis per la loro affinità filogenetica sono stati designati come “Candidatus Stammerula tephritidis”. L’estensione dell’indagine ad altre tribù paleartiche della sottofamiglia Tephritinae (Xyphosiini, Myopitini e Terellini) con le medesime tecniche, sia tradizionali che biomolecolari, non ha evidenziato la presenza di batteri simbionti come suggerito da Stammer (1929). 2. Nella seconda parte del lavoro sono state studiate le relazioni filogenetiche tra i tefritidi, appartenenti alla sottofamiglia Tephritinae, analizzando due regioni del DNA mitocondriale, 16S rDNA e COI-LeutRNA-COII. Gli alberi filogenetici risultati da una analisi bayesiana e di maximum-likelihood hanno evidenziato la presenza di 5 cluster monofilettici e di regola altamente supportati corrispondenti alle 5 tribù della sottofamiglia Tephritinae: Tephritini, Myopitini, Xyphosiini, Noeetini e Terellini. La ricostruzione filogenetica ottenuta dal COI-tRNALeu-COII data set è risultata più risolta e supportata nei nodi interni rispetto a quella del 16S rDNA, contribuendo maggiormente a definire i rapporti di parentela tra le tribù. La disponibilità di una filogenesi dei batteri simbionti e dei loro insetti ospiti ha consentito inoltre lo studio della congruenza filogenetica. I diversi test di cofilogenesi addottati hanno evidenziato la presenza di una congruenza, seppur imperfetta, tra ospiti e simbionti. Dalle ricostruzioni si riconoscono due principali eventi di acquisizione il più importante e antico dei quali è quello avvenuto a carico dell’antenato comune della Tribù Tephritini. La causa di una non perfetta congruenza è da imputare all’esistenza di perdite, riacquisizioni e trasferimenti orizzontali. È importante ricordare che, essendo tali simbionti extracellulari, il ciclo biologico di questi insetti potenzialmente offre parecchie occasioni per trasferimenti orizzontali accidentali. Essendo nello stadio larvale i simbionti presenti nei cechi gastrici, parzialmente a contatto con il bolo alimentare, risulterebbero vulnerabili e sostituibili da altri batteri. Anche la frequentazione, da parte di specie diverse, delle stesse piante ospiti potrebbe essere occasione per trasferimenti orizzontali e sostituzioni. A fronte di queste molteplici possibilità la congruenza filogenetica riscontrata, seppure imperfetta, risulta a maggior ragione particolarmente interessante e va probabilmente spiegata con il coinvolgimento di altri fattori quali l’esistenza di una compatibilità fisiologica tra l’insetto ospite ed il battere. 3. Nella terza parte del lavoro l’analisi filogenetica degli insetti è stata ampliata a specie paleartiche appartenenti ad altre sottofamiglie (Trypetinae e Dacinae) sempre basandosi su due regione del DNA mitocondriale (16S e COI-LeutRNA-COII). La disponibilità in GenBank di sequenze del 16S di altre specie appartenenti a diverse regioni zoogeografiche ha consentito di allargare almeno per questo gene il data set. L’elaborazione dei dati, ancora parzialmente in corso, conferma in generale la tradizionale classificazione condotta su base morfologica ma offre anche spunti di discussione per eventuali riarrangiamenti di alcuni taxa. É stato realizzato anche un tentativo di affiancare alla ricostruzione filogenetica, oltre agli aspetti legati al ciclo biologico della specie, anche le diverse caratteristiche morfologiche degli organi adibiti ad ospitare i batteri simbionti nell’adulto. Risulta interessante notare come, tutte le specie paleartiche analizzate che svernano come adulti, ospitano batteri simbionti. Al contrario (tranne in un caso), tutte le specie che non svernano come adulto, sono risultate prive di batteri simbionti. Tali acquisizioni lasciano supporre che la presenza dei simbionti a livello del mesointestino, più che una opportunità per integrare la dieta larvale probabilmente già relativamente ricca, possano rappresentare, per quelle specie che hanno scelto di svernare allo stadio di adulto, una componente indispensabile.