Insect-fungus symbiosis: diversity and potential ecological roles of the hypocrealean fungus Trichoderma in colonies of termites (Blattodea: Termitidae)

Abstract

Insects and microbes have mutualistic and antagonistic symbioses that can drive important processes of hosts and symbionts. We found a symbiosis between termites (Blattodea: Termitidae) and Trichoderma (Ascomycota: Hypocreales). This fungus produces cellulolitic and fungistatic compounds, but its ecological role in termites is unclear. We estimated the prevalence and investigated the diversity of Trichoderma in three species of termites: Cornitermes cumulans, Diversitermes sp. and Termes sp. Considering Trichoderma strategies of habitat exploration, we hypothesized that the fungus would contribute to termite nutrient acquisition and increase their survival. We obtained 136 isolates of Trichoderma from workers, soldiers and nest wall, belonging to 12 different phylogenetic species from 3 clades: section Trichoderma, clade Harzianum and clade Virens. We found a low prevalence of Trichoderma inside termite bodies, indicating that this termite-fungus interaction is not an obligatory symbiosis. No fungi were isolated from immatures, suggesting that Trichoderma may be acquired in later stages of the insect life. To assess termite acquisition of nutrients, we compared residual fat content of workers of C. cumulans with or without the fungus. Fat content of workers varied from 0 to 0.5 mg and the presence of Trichoderma was not related to residual fat content so it is likely that the fungus is not determinant for termite nutritional status. To evaluate termite survival, we created 24 arenas using macerated fragments of nest walls from 8 nests of C. cumulans as substrates (collected from Viçosa/MG). For each nest, three groups of 20 workers and 4 soldiers were exposed to T. harzianum or Lichtheimia brasiliensis, inoculated on to sterilized sugar cane, or no fungi. Survival was assessed every 8h for 25 days. After 25 days, survival of termites exposed to T. harzianum was lower than termites exposed to control or L. brasiliensis. Trichoderma harzianum is widely applied in agriculture as antagonist of plant and soil pathogens. Our results showed an unexpected negative effect on termite survival, one that may be neglected in other systems. Our research therefore indicates that Trichoderma likely has no specific ecological role that benefits termites and might be a potential parasite to termite colonies.

Insetos e microrganismos apresentam simbioses mutualísticas e antagonistas que influenciam processos importantes de hospedeiros e simbiontes. Nós registramos uma simbiose entre cupins (Blattodea: Termitidae) e Trichoderma (Ascomycota: Hypocreales). Tal fungo produz compostos celulolíticos e fungistáticos, mas o papel ecológico do fungo em cupins é desconhecido. Estimamos a prevalência e investigamos a diversidade de Trichoderma em três espécies de cupins: Cornitermes cumulans, Diversitermes sp. e Termes sp. Considerando as estratégias de exploração do ambiente que o fungo possui, nós criamos a hipótese de que Trichoderma poderia contribuir com a aquisição de nutrientes pelos cupins e afetar sua sobrevivência. Nós obtivemos 136 isolados de Trichoderma de operários, soldados e parede interna dos ninhos, pertencendo a 12 espécies filogenéticas de três clados: seção Trichoderma, Harzianum e Virens. Nós encontramos uma baixa prevalência de Trichoderma dentro do corpo dos cupins, indicando que essa interação cupim-fungo não é uma simbiose obrigatória. Trichoderma também não foi isolado de imaturos, sugerindo que o fungo é adquirido em estágios posteriores do ciclo de vida. Para avaliar a aquisição de nutrientes pelos operários, nós comparamos o conteúdo residual de gordura de operários de C. cumulans com e sem a presença de Trichoderma. O conteúdo de gordura dos operários variou de 0 a 0,5 mg e a presença de Trichoderma não foi relacionada ao conteúdo residual de gordura. Portanto, é provável que o fungo não seja determinante para o estado nutricional dos cupins. Para avaliar a sobrevivência dos cupins, nós criamos 24 arenas usando fragmentos macerados da parede do ninho de 8 colônias de C. cumulans como substrato (coletados em Viçosa, MG). Para cada ninho, três grupos de 20 operários e 4 soldados foi exposto a T. harzianum ou Lichtheimia brasiliensis, inoculados em cana de açúcar esterilizada, ou sem fungo. Sobrevivência foi avaliada a cada 8h por 25 dias. Após 25 dias, a sobrevivência dos cupins expostos a T. harzianum foi menor que cupins expostos ao controle ou a L. brasiliensis. Trichoderma harzianum é amplamente aplicado na agricultura como antagonista de patógenos de plantas e que vivem no solo. Nossos resultados mostraram um efeito negativo na sobrevivência dos cupins, que pode estar sendo negligenciado em outros sistemas. Nossa pesquisa, portanto, indica que Trichoderma provavelmente não apresenta papel ecológico específico que beneficie os cupins e pode ser um potencial parasita para a colônia desses insetos.