Microbiota associada a abelhas sem ferrão: diversidade, composição e resposta a impactos ambientais

Abstract

As abelhas eusociais corbiculadas (tribos Apini, Bombini e Meliponini) possuem uma. microbiota distintiva, especializada e dominante no intestino que, conforme descrito em Apis (Apini) e Bombus (Bombini) , contribuem para a saúde e nutrição destes animais. Estudos sugerem uma composição microbiana intestinal mais variável nas abelhas sem ferrão (Meliponini), mas ainda há uma carência de pesquisas com essas abelhas. Abelhas sem ferrão são o maior grupo de abelhas eussociais corbiculadas, consistindo em importantes polinizadores da vegetação nativa e de culturas agrícolas de ecossistemas tropicais. Além disso, são importantes em uma perspectiva socioeconômica como fonte de renda para os meliponicultores pela comercialização de pólen, cera e mel. Entretanto, as abelhas sem ferrão têm sofrido os efeitos das atividades antrópicas tais quais o desmatamento e acúmulo de químicos agrícolas e metais no ambiente. Agentes estressores interferem na composição microbiana e saúde das abelhas, mas tais efeitos ainda são pouco conhecidos nas abelhas sem ferrão. Esta tese visou preencher lacunas associadas ao estudo dos microrganismos associados às abelhas sem ferrão, do seu alimento e das consequências de impactos ambientais na composição e diversidade microbiana. Assim, este trabalho foi dividido em três capítulos, construídos com uma abordagem metataxonômica, com o objetivo de obter (1) uma visão geral sobre diversidade, composição e origem de microrganismos associados a Melipona e seu alimento; (2) investigar com maior esforço amostral a perda de simbiontes intestinais e o possível surgimento de novos simbiontes em Melipona; e (3) avaliar as diferenças na microbiota intestinal de Tetragonisca angustula vivendo em locais não impactados e impactados pelos rejeitos de mineração oriundos do rompimento da barragem de Fundão em Mariana, Minas Gerais, Brasil. Dentre os resultados do capítulo 1, detectamos uma maior diversidade microbiana e maior especificidade de microrganismos à espécie em estudo nas abelhas em comparação ao mel – que tende a ser mais influenciado por microrganismos ambientais. Fungos filamentosos predominam nas abelhas e são próximos a isolados ambientais, de plantas ou associados às colmeias, possivelmente obtidos durante o forrageio. As leveduras são mais prevalentes no mel e próximas a isolados de colmeias e isolados associados ao seu metabolismo. Bactérias filogeneticamente próximas a isolados de plantas e ambientais fructofílicas são abundantes no mel, ao passo que nas abelhas, predominam bactérias simbiontes intestinais e outras próximas a isolados de plantas/ambiente. Curiosamente, Gilliamella e Snodgrassella, duas importantes bactérias membros da microbiota core das abelhas eussociais corbiculadas, não foram encontradas em Melipona, observação que nos levou a concluir, no capítulo 2, com maior esforço amostral, a perda da associação entre esses simbiontes intestinais e este clado de abelhas sem ferrão. Por fim, no capítulo 3, observou-se alteração na abundância relativa de bactérias "core" (presentes em todas as amostras - possivelmente simbiontes) associadas ao intestino de T. angustula além de uma redução da riqueza de bactérias "estritamente ambientais” (menos comuns, possivelmente transitórios) em abelhas vivendo em áreas impactadas pelos rejeitos de mineração, possivelmente como consequência da exposição a esses ambientes. Os resultados aqui obtidos contribuíram para um melhor entendimento sobre os microrganismos associados às abelhas sem ferrão e abrem perspectivas para o desenvolvimento desta linha de pesquisa. Palavras-chave: Melipona. Tetragonisca angustula. Microbioma. Bactérias. Fungos. Intestino. Mel. Simbiose. Barragem de Fundão. Rejeitos de mineração.

The microorganisms associated with eusocial corbiculate bees (Apini, Bombini and Meliponini) contribute to their health and nutrition. This microbiota is distinctive, specialized, and dominant in the bee gut. However, most studies were carried out with Apis (honeybees) and Bombus (bumblebees). Studies suggest a more variable gut microbial composition in stingless bees (Meliponini), but there is still a lack of research. Stingless bees are the largest group of eusocial corbiculate bees, consisting of important pollinators of native vegetation and agricultural crops in tropical ecosystems. In addition, they are important from a socioeconomic perspective as a source of income for stingless beekeepers through the sale of pollen, wax, and honey. However, stingless bees have been impacted by the effects of human activities such as deforestation and accumulation of agricultural chemicals and metals in the environment. Environmental stressors interfere in the microbial composition and health of bees, but such effects are still understudied in stingless bees. This thesis aimed to fill gaps associated with the study of microorganisms associated with stingless bees, their food, and the consequences of environmental impacts on microbial composition and diversity. Then, this work was divided in three chapters, built with a metataxonomic approach, with the objective of obtaining (1) an overview of the composition, diversity and origin of microorganisms associated with Melipona bees and its food; (2) investigate with greater sampling effort the loss of gut symbionts and the possible emergence of new symbionts in Melipona; and (3) evaluate the differences in the gut microbiota of Tetragonisca angustula living in areas impacted and not impacted by the mining tailings of the Fundão dam collapse, located in Mariana, Minas Gerais - Brazil. Among the results of Chapter 1, we detected greater microbial diversity and greater specificity of microorganisms to the species under study in bees compared to honey – which tends to be more influenced by environmental microorganisms. Filamentous fungi predominate in bees and are close to environmental, plant or hive-associated isolates, possibly obtained during foraging. Yeasts are more prevalent in honey and close to hive isolates and isolates associated with honey metabolism. Bacteria phylogenetically close to plant isolates and environmental fructophilic bacteria are abundant in honey, while in bees, gut symbiotic bacteria and others close to plant/environmental isolates predominate. Interestingly, Gilliamella and Snodgrassella, two important bacteria that compose the eusocial corbiculate bees core microbiota, were not found in Melipona, an observation that led us to conclude, in chapter 2, with greater sampling effort, the loss of the association between these gut symbionts and this clade of stingless bees. Finally, in chapter 3, we observed an alteration in the relative abundance of core bacteria (those present in all samples - possibly symbionts) associated with the gut of the stingless bee T. angustula; and a reduction in the richness of the "strictly environmental" bacteria (less common, possibly transient) in bees living in areas impacted by the mining tailings, which is possibly a consequence of the bee exposure to these environments. The results obtained here contributed to a better understanding on the stingless bee associated microorganisms and open perspectives for the development of this research field. Keywords: Melipona. Tetragonisca angustula. Microbiome. Bacteria. Fungi. Gut. Honey. Symbiosis. Fundão dam colapse. Mining tailings.