Microbiome characterization of the escamolera ants unveils microorganisms with high biotechnological potential

Abstract

"Insects have adapted to several ecosystems through the versatility of their feeding habits, wherein their intestinal microbiota has played a key role in the biological processes canalization. Liometopum apiculatum ant is widely distributed in arid and semi-arid ecosystems where a relative shortage of food can be appreciated, compared to tropical ecosystems. L. apiculatum has achieved an ecological equilibrium for surviving notwithstanding environmental factors, establishing diverse symbiotic interactions with other insects and plants. However, the symbiotic relationship with microorganisms is still unknown. Therefore, the aim of this research was to characterize the microbial symbionts associated with L. apiculatum larvae and the reproductive adult ants using metagenomics, culturomics, and microscopic approaches. The most abundant Phylum identified by sequencing in the larvae was Firmicutes while in adult ants was Proteobacteria. Nonetheless, in both stage a large population of nitrogen-fixing bacteria was observed. On the other hand, the culturomics approach confirmed the existence of 19 bacteria previously identified by sequencing, which accompanied by functional characterization, revealed an important role of gut bacteria in the complex polysaccharides breakdown and releasing nutrients stored in plant-derived materials. Moreover, bacteriocytes with intracellular bacteria were detected, indicating a nutritional support through this system to ant’s metabolism. This finding highlights the important contribution of the microbial symbionts in the feeding and surviving of ants. On the other hand, the metabolic versatility of microbial symbionts showed a promising source of enzymes for potential biotechnological applications."

"Los insectos se han adaptado a diversos ecosistemas a través de la versatilidad de sus hábitos de alimentación y su microbiota intestinal juega un papel clave en la canalización de los procesos biológicos contra las perturbaciones ambientales. La hormiga Liometopum apiculatum habita en ecosistemas áridos y semiáridos caracterizados por una escasez relativa de alimentos, en comparación con los ecosistemas tropicales. No obstante, esta hormiga ha logrado un equilibrio ecológico para sobrevivir, estableciendo diversas interacciones simbióticas con otros insectos y plantas. Sin embargo, la relación simbiótica con microrganismos aún se desconoce. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue caracterizar los simbiontes microbianos asociados tanto a las larvas de L. apiculatum como a las hormigas reproductoras adultas usando herramientas como la metagenómica, culturómica y microscopia. El Phylum más abundante identificado por secuenciación en las larvas fue Firmicutes, mientras que en las hormigas adultas fue Proteobacteria. En ambas etapas se observó una gran población de bacterias fijadoras de nitrógeno. Por otro lado, el enfoque culturómico confirmó la existencia de 19 bacterias previamente identificadas por secuenciación, que junto con la caracterización funcional revelaron un papel importante de las bacterias intestinales en la descomposición de polisacáridos complejos y la liberación de nutrientes almacenados en materiales derivados de plantas. Además, se detectaron bacteriocitos con bacterias intracelulares, indicando un soporte nutricional a través de este sistema para el metabolismo de las hormigas. Estos resultados destacan la importante contribución de los simbiontes microbianos en la alimentación y la supervivencia de las hormigas en su ecosistema, y además, exponen una fuente prometedora de enzimas para posibles aplicaciones biotecnológicas."