Virulence of the fungi Escovopsis and Escovopsioides to the leafcutter ant-fungus symbiosis

Abstract

Eusocial insects interact with a diversity of parasites that can threaten their survival and reproduction. The amount of harm these parasites cause to their hosts (i.e. their virulence) can be influenced by numerous factors, such as the ecological context in which the parasite and its host are inserted. Leafcutter ants (genera Atta and Acromyrmex, Attini: Formicidae) are an example of a eusocial insect whose colonies are constantly threatened by parasites. These ants cultivate and use the fungus Leucocoprinus gongylophorus (Basidiomycota: Agaricales) as the colony main food source. Leafcutter ants also interact with the fungi Escovopsis and Escovopsioides (Ascomycota: Hypocreales), which are considered a highly virulent parasite and an antagonist to their fungal cultivar, respectively. Since both fungi are common inhabitants of healthy colonies, which remain growing and foraging, we hypothesized that they are of low virulence. However, this virulence could vary depending on the ecological context that the colonies are inserted. We therefore tested two hypotheses: (i) Escovopsis and Escovopsioides are of low virulence to colonies; (ii) virulence increases with decreasing of colony complexity. For this, we used three levels of complexity: queenright colonies (fungus garden with queen and workers), queenless colonies (fungus garden and workers, without queen) and fungus gardens (without any ants). Each level was exposed to conidial suspensions of Escovopsis moelleri, Escovopsioides nivea, Trichoderma longibrachiatum or to a control (water with Tween 80 ® + saline solution). Trichoderma longibrachiatum was used for comparison with E. moelleri and E. nivea since it is also a fungus commonly found in the colonies of leafcutter ants. The parameters evaluated were weight, midden production, amount of leaves cut by ants and survival of each colony complexity level. We also evaluated the in vitro interactions between these fungi with L. gongylophorus through a paired culture bioassay. Our results showed that, in general, these fungi were of low virulence to queenright colonies, while the queenless colonies and fungus gardens were suppressed. Moreover, E. nivea and T. longibrachiatum seems to be less aggressive than E. moelleri, this was observed in both, in vivo and in vitro experiments. The results highlight the importance of each element (queen, workers and fungus garden) in the leafcutter ants-fungus symbiosis. Furthermore, we showed that Escovopsis and Escovopsioides may be not virulent to healthy colonies yet, depending on colony condition, the virulence level of Escovopsis can increase.

Os insetos eussociais interagem com uma diversidade de parasitas que podem ameaçar sua sobrevivência e reprodução. A quantidade de dano que esses parasitas causam ao seus hospedeiros (ou seja, sua virulência) pode ser influenciada por inúmeros fatores, como o contexto ecológico em que o parasita e seu hospedeiro estão inseridos. Formigas cortadeiras (gêneros Atta e Acromyrmex, Attini: Formicidae) constituem um exemplo de inseto eussocial cujas colônias são constantemente ameaçadas por parasitas. Estas formigas cultivam e utilizam o fungo Leucocoprinus gongylophorus (Basidiomycota: Agaricales) como a principal fonte de alimento da colônia. As formigas cortadeiras também interagem com os fungos Escovopsis e Escovopsioides (Ascomycota: Hypocreales), que são considerados um parasita altamente virulento e um antagonista do fungo que elas cultivam, respectivamente. Como ambos os fungos são habitantes comuns de colônias saudáveis, que permanecem crescendo e forrageando, nós hipotetizamos que eles são de baixa virulência. No entanto, esta virulência pode variar dependendo do contexto ecológico em que as colônias estão inseridas. Portanto, testamos duas hipóteses: (i) Escovopsis e Escovopsioides são de baixa virulência para colônias; (ii) a virulência aumenta com a diminuição da complexidade da colônia. Para isso, utilizamos três níveis de complexidade: colônias (jardim de fungo com rainha e operárias), colônias sem rainha (jardim de fungo e operárias, sem rainha) e jardins de fungo (sem formigas). Cada nível foi exposto a suspensões conidiais de Escovopsis moelleri, Escovopsioides nivea, Trichoderma longibrachiatum ou ao controle (água com Tween 80 ® + solução salina). Trichoderma longibrachiatum foi utilizado para comparação com E. moelleri e E. nivea, pois também é um fungo comumente encontrado nas colônias de formigas cortadeiras. Os parâmetros avaliados foram peso, produção de lixo, quantidade de folhas cortadas pelas formigas e sobrevivência de cada nível de complexidade da colônia. Nós também avaliamos as interações in vitro entre estes fungos com L. gongylophorus através de um bioensaio de cultura pareada. Nossos resultados mostraram que, em geral, esses fungos foram de baixa virulência para colônias, enquanto as colônias sem rainha e os jardins de fungo foram suprimidos. Além disso, E. nivea e T. longibrachiatum parecem ser menos agressivos do que E. moelleri, e isto foi observado em ambos experimentos, in vivo e in vitro. Os resultados destacam a importância de cada elemento (rainha, operária e jardim de fungo) na simbiose formigas cortadeiras-fungo. Além disso, mostramos que Escovopsis e Escovopsioides podem não ser virulentos para colônias saudáveis, no entanto, dependendo da condição da colônia, o nível de virulência de Escovopsis pode aumentar.