Escovopsis (Ascomycota: Hypocreales), a parasite of Attini ant fungus gardens: new species, virulence and a critical review

Abstract

Several other microorganisms are found in the colonies of attine ants, among them, other filamentous fungi, bacteria and yeasts. Some of these have well-defined ecological roles within the interaction, but it is likely that most of these relationships are still poorly understood. This is the case of Escovopsioides (Ascomycota: Hypocreales). It is known that this fungus is phylogenetically close to Escovopsis and that it has the ability to inhibit the growth of the ants’ mutualistic fungus, but less intensely than Escovopsis. In addition, from the recent standardization of methods for describing new species, two species previously considered within Escovopsis are being relocated into two new genera: Luteomyces and Sympodiorosea. These findings highlight the importance of investigating the diversity of Escovopsis and the other fungi associated with it. Taxonomic and phylogenetic studies contribute accuracy and help define ecological investigations of interactions within the complex systems that attine ant colonies represent. Escovopsis has long been considered a threat to these ants mainly because of its ability to damage the fungus consumed by ants, being classified as a mycoparasite (a fungus that parasitizes another fungus). However, this type of relationship has been described in experiments using sub-colonies (usually small colonies without a queen), fungus gardens fragments without the presence of the queen and workers, or even in co- cultivation experiments, where fungi are tested in isolation from other organisms that comprise the system. In the light of these considerations, the general objectives of this thesis were: (i) to contribute to knowledge of the diversity of Escovopsis found in association with leaf-cutting ants (a clade derived from the Attini tribe); (ii) to test the virulence of Escovopsis and Escovopsioides in colonies and (iii) to offer a critical review of the above considerations of Escovopsis and its relatives. In the first chapter, we sampled the fungus gardens of two species of leaf-cutting ants Acromyrmex subterraneus subterraneus and Acromyrmex balzani. From morphological and phylogenetic analyses, we propose three new species: Escovopsis R6, Escovopsis R12(associated with A. subterraneus subterraneus) and Escovopsis IT4-1 (associated with A. balzani). These results demonstrate how complex the network symbiotic found in attine ants can be, with the presence of different fungi species; in addition, they contribute to our understanding of the diversity and evolutionary history of Escovopsis. In chapter 2, we tested the hypothesis that Escovopsis and Escovopsioides have low virulence. For this, we divided colonies of A. subterraneus subterraneus in three different conditions: (i) queenright colonies – with queen, workers and fungus garden; (ii) queenless colonies – colonies without a queen and (iii) only fungus garden, without the queen and any workers. Our results showed that queenless colonies and fungus garden are fated to death regardless of exposure to fungi. Escovopsis and Escovopsioides were not able to cause the death of queenright colonies although Escovopsis shows some harmful effects on the colonies mainly in the first days after inoculation. Finally, in the third chapter we review the information contained in the literature on the mycoparasite of the attines’ fungus garden and present our ideas based on recent results. Contrary to previous studies, we propose that Escovopsis has low virulence in healthy colonies of attine ants, requiring a fundamental change in the current view of this fungus and its relatives. Keywords: Escovopsis. Escovopsioides. Mycoparasitism. Attine ants. Symbiosis. Virulence. Host-parasite interactions.Escovopsis (Ascomycota: Hypocreales), parasita do jardim de fungos das formigas Attini: novas espécies, virulência e uma revisão crítica. Orientador: Simon Luke Elliot. Coorientador: André Rodrigues. Escovopsis (Ascomycota: Hypocreales) é um fungo encontrado em associação com colônias de formigas que cultivam fungo (Hymenoptera: Formicidae: Tribo Attini, “atines”). Diversos outros micro-organismos são encontrados nas colônias de formigas atines, entre eles, outros fungos filamentosos, bactérias e leveduras. Alguns deles tem papéis ecológicos bem-definidos dentro da interação, mas é provável que a maioria dessas relações ainda seja pouco conhecidas. Esse é o caso de Escovopsioides (Ascomycota: Hypocreales). Sabe-se que esse fungo é filogeneticamente próximo a Escovopsis e que tem a capacidade de inibir o crescimento do fungo mutualista das formigas, mas de forma menos intensa que Escovopsis. Além disso, a partir da recente padronização dos métodos para descrição de novas espécies, duas espécies anteriormente consideradas do gênero Escovopsis estão sendo realocadas em dois novos gêneros: Luteomyces e Sympodiorosea. Esses achados ressaltam a importância de se investigar a diversidade de Escovopsis e dos outros fungos associados a ele. Estudos taxonômicos e filogenéticos contribuem para que as investigações ecológicas dentro do complexo sistema que as colônias de formigas atines representam sejam mais precisas. Escovopsis tem sido considerado uma ameaça para essas formigas principalmente por sua capacidade de causar danos no fungo consumido pelas formigas, sendo classificado, como micoparasita (fungo que parasita outro fungo). No entanto, esse tipo de relação é descrita em experimentos utilizando subcolônias (geralmente pequenas colônias sem rainha), fragmentos de jardins de fungos sem a presença da rainha e operárias ou ainda em experimentos de co-cultivo, onde os fungos são testados de forma isolada dos outros organismos do sistema. Diante dessas considerações, os objetivos gerais desta tese foram: (i) contribuir para o conhecimento da diversidade de formigas cortadeiras (um clado derivado dentro da tribo Attini); (ii) testar a virulência de Escovopsis e Escovopsioides em colônias e (iii) oferecer uma crítica revisão das considerações citadas acima sobre Escovopsis e os gênero relacionados a ele. No primeiro capítulo, nós realizamos amostragens dos jardins de fungos de duas espécies de formigas cortadeiras Acromyrmex subterraneus subterraneus e Acromyrmex balzani.A partir de analises morfológicas e filogenéticas, nós propomos três novas espécies de Escovopsis: Escovopsis R6, Escovopsis R12 (associados a A. subterraneus subterraneus) e Escovopsis IT4-1 (associado a A. balzani). Esses resultados demonstram quão complexa pode ser a rede simbiótica encontrada em formigas atines, com a presença de diferentes espécies de fungos, além disso eles contribuem para nosso entendimento sobre a diversidade e história evolutiva de Escovopsis. No capítulo 2, nós testamos a hipótese que Escovopsis e Escovopsioides apresentam baixa virulência. Para isso, nós dividimos colônias de A. subterraneus subterraneus em três condições diferentes: (i) colônias completas – com rainha, operárias e jardim de fungo; (ii) subcolônias – colônias sem rainha e (iii) somente jardim de fungo, sem a presença da rainha e de nenhuma operária. Nossos resultados mostraram que subcolônias e jardins de fungos estão condenados à morte independente da exposição ou não aos fungos. Escovopsis e Escovopsioides não foram capazes de causar morte de colônias completas, embora Escovopsis apresente alguns efeitos prejudiciais nas colônias, principalmente nos primeiros dias após a inoculação. Finalmente, no terceiro capítulo nós revisamos as informações contidas na literatura sobre o micoparasita do jardim de fungos das formigas atines e apresentamos nossas ideias baseadas em recentes resultados. Ao contrário de estudos anteriores, nós propomos que Escovopsis possui baixa virulência em colônias saudáveis de formigas atines, exigindo uma mudança fundamental na visão atual deste fungo e seus parentes. Palavras-chave: Escovopsis. Escovopsioides. Micoparasitismo. Formigas atines. Simbiose. Virulência. Interações parasita-hospedeiro.