Yuan-Jie Li

The olive fruit fly (Bactrocera oleae) is the major pest of cultivated olives worldwide. It harbors an obligate bacterial symbiont Erwinia dacicola, which is essential for larval development in unripe olives. Despite the importance of this symbiosis, its evolutionary history and genomic basis remain largely unresolved. Here, we combined genomics and phylogenetic analyses of geographically diverse populations to investigate host-symbiont coevolution and characterize the genomic features of E. dacicola. We reconstructed high-quality genomes for six E. dacicola strains and identified the symbiont of another olive-feeding fruit fly Bactrocera biguttula as Erwinia aphidicola, enabling comparative analyses between the two symbionts. Our results revealed a partial phylogenetic congruence between B. oleae and E. dacicola, indicating a long-term association shaped by both co-divergence and occasional horizontal transmission. Erwinia dacicola shows evidence of frequent horizontal gene transfer, likely from co-resident gut bacteria. Compared with the free-living E. aphidicola, E. dacicola exhibits extensive pseudogenization, proliferation of mobile genetic elements and structural rearrangements, indicating ongoing genome erosion associated with host specialization. Despite the genome reduction, E. dacicola retains most biosynthetic pathways for amino acids, vitamins, and cofactors. We further identified two major E. dacicola lineages that differ markedly in genome synteny and structural variation, highlighting the dynamic nature of symbiont genome evolution. Together, our findings reveal a symbiosis shaped by both long-term co-evolution and ongoing genome evolution and demonstrate the value of genome‑resolved approaches for understanding the evolutionary dynamics of host-symbiont associations.

Impact du changement climatique sur les communautés de pucerons : réponses physiologiques et moléculaires à la température: Le changement climatique engendre une augmentation de la fréquence des phénomènes de température extrême, ce qui a des conséquences sur la physiologie des individus et les fonctions des écosystèmes. Des études antérieures ont montré que les phénomènes de température extrême modifient la hiérarchie de dominance de trois espèces de pucerons des céréales coexistantes (Rhopalosiphum padi, Sitobion avenae, Metopolophium dirhodum). Nous émettons l'hypothèse que ce phénomène est étroitement lié à leur tolérance thermique basale différente, résultant de tolérances physiologiques distinctes au stress thermique. L'accumulation de cytoprotecteurs et l'expression de gènes de protéines de choc thermique (hsps) sont les mécanismes biochimiques et moléculaires les plus importants pour accroître la tolérance physiologique au stress thermique, respectivement. Dans cette thèse, nous avons constaté que: 1) les trois espèces de pucerons ont montré des variations interspécifiques significatives en termes de tolérance à la chaleur et au froid, ce qui pourrait entraîner des lésions thermiques différentes sur le terrain. 2) les espèces tolérantes à la chaleur avaient plus d'hsps inductibles par la chaleur et des niveaux d'expression plus élevés d'hsps pendant le stress que les autres espèces. Les espèces tolérantes au froid avaient plus de gènes inductibles par le froid. 3) les espèces tolérantes à la chaleur ont montré des niveaux incroyablement plus élevés de polyols par rapport aux autres espèces lorsqu'elles étaient exposées à la chaleur pendant la même durée. 4) les espèces tolérantes au froid ont affiché des niveaux accrus de cryoprotecteurs après avoir récupéré du stress causé par le froid.

Global warming leads to an increase in extreme heat events, posing significant challenges for insects. Sitobion avenae, Metopolophium dirhodum and Rhopalosiphum padi are important co-existing aphid species known to cause damage to cereal crops worldwide. The three species differ in thermal tolerance, with R. padi being much more heat tolerant than the other two species. However, it remains unclear whether interspecific variation in heat tolerance is due to differences in metabolic responses to heat stress. Here, we compared their metabolic signatures during and after recovery from the same injury level of heat stress (at 34°C for half and full durations to cause 50% mortality in each species), as well as the identical duration of heat stress. Using quantitative GC-MS, we found that after the same injury level of heat exposure, the three species showed similar changes in most metabolites. However, the heat-tolerant species, R. padi, had higher levels of polyols and amino acids, and uniquely accumulated glycerol. In addition, after the same duration of heat exposure, R. padi maintained a relatively stable metabolic profile, while the less tolerant species showed marked alterations with a shift from aerobic to anaerobic metabolism. We suggest that polyols and amino acids play a pivotal role in protecting R. padi from heat damage, contributing to its superior thermal tolerance. Overall, this comparative metabolomics study provides insight into the relationship between metabolic responses and heat tolerance of co-existing species, which helps understanding of the underlying mechanism of heat tolerance.