Investigating host associations of the European Red Mite Panonychus ulmi (Acari: Tetranychidae) through an integrative approach

In de stille hoekjes van boomgaarden en wijngaarden gaat een klein, achtpootig wezentje dat bekend staat als de Europese rode spinstofmijt vaak onopgemerkt totdat het aanzienlijke schade veroorzaakt. Deze mijten zijn polyfagisch, wat betekent dat ze zich niet beperken tot één type voedselbron; in plaats daarvan voeden ze zich met het sap van meer dan 170 verschillende plantensoorten. Decennialang hebben boeren en wetenschappers geobserveerd dat wanneer een plaag zoals deze van de ene naar de andere gewassoort verhuist—bijvoorbeeld van een appelboom naar een wijnstok—deze soms verandert. De mijt kan evolueren om beter geschikt te zijn voor zijn nieuwe thuis, of het kan zelfs splitsen in een afzonderlijke groep die niet langer kan paren met zijn oorspronkelijke verwanten. Dit proces, genaamd gastheer-geassocieerde differentiatie, is een krachtige motor van evolutie die de creatie van nieuwe soorten in de natuur aandrijft. Begrijpen of een plaag werkelijk van identiteit is veranderd of simpelweg hetzelfde wezentje is dat in een nieuwe buurt leeft, is cruciaal voor de landbouw. Als twee populaties daadwerkelijk dezelfde soort zijn, kunnen ze waarschijnlijk genen uitwisselen en eigenschappen delen, zoals resistentie tegen pesticiden. Als ze verschillend zijn, kunnen ze compleet andere beheersstrategieën vereisen.

Een team van onderzoekers uit Brazilië, Canada, Frankrijk en de Verenigde Staten zette zich af om een specifiek mysterie rond de Europese rode spinstofmijt in Zuid-Brazilië op te lossen. In deze regio groeien appelboomgaarden en wijnstokken vaak naast elkaar, wat een perfect laboratorium vormt om te zien of de mijten die op de fruitbomen leven anders zijn van de mijten die op de ranken leven. De centrale vraag was simpel: zijn de mijten op de wijnstokken geëvolueerd tot een aparte groep, of zijn het gewoon dezelfde mijten van de appelbomen die hebben geleerd te overleven op druiven? Om dit te beantwoorden, vertrouwden de wetenschappers niet op één enkele methode. In plaats daarvan gebruikten ze een integratieve aanpak, waarbij ze drie verschillende bewijslijnen combineerden: het kijken naar de fysieke vorm van de mijten, testen of ze succesvol met elkaar konden voortplanten, en het analyseren van hun genetische code.

De onderzoekers begonnen met het verzamelen van mijten van drieentwintig verschillende locaties in zes landen, waaronder Brazilië, Chili, Japan, Zuid-Afrika, de Verenigde Staten en Marokko. Ze verzamelden exemplaren van appelbomen, wijnstokken, perenbomen en zelfs amandelbomen. Eerst onderzochten ze de fysieke lichamen van de vrouwtjesmijten onder een microscoop. Ze maten de minuscule haartjes op hun ruggen en de setae op hun voortplantingsschilden, op zoek naar consistente verschillen die de appelbewoners van de druivenbewoners zouden kunnen scheiden. Hoewel de haartjes op de ruggen van de mijten varieerden zonder een duidelijk patroon dat gekoppeld was aan de gastheerplant, vonden de onderzoekers wel een subtiel verschil in de haartjes op het genitaalschild. Mijnen van appelbomen hadden de neiging om iets langere haartjes in dit specifieke gebied te hebben vergeleken met die van de wijnstokken. Dit verschil was echter niet sterk genoeg om te suggereren dat het om verschillende soorten ging, aangezien de variatie aanzienlijk overlapte en eerder leek te worden beïnvloed door lokale omgevingsfactoren dan door het type plant waarop ze leefden.

Vervolgens richtte het team zich op het DNA van de mijten om te zien of hun genetische opmaak een ander verhaal vertelde. Ze analyseerden twee soorten genetische markers: mitochondriaal DNA, dat alleen via de moeder wordt doorgegeven en relatief snel evolueert, en nucleair DNA, dat van beide ouders wordt geërfd en langzamer evolueert. De resultaten waren onthullend. Het mitochondriale DNA toonde aan dat de overgrote meerderheid van de mijten van appels en druiven tot dezelfde genetische groep behoorde, die de onderzoekers Groep I noemden. Deze groep omvatte mijten uit Brazilië, Japan, de Verenigde Staten en Zuid-Afrika, die allemaal gemengd waren, ongeacht of ze van een appel of een druif kwamen. De analyse onthulde echter ook een duidelijke genetische lijn, Groep II, gevonden bij mijten uit Chili, Canada en Rusland. Deze groep was genetisch voldoende onderscheidend om te suggereren dat het misschien een geheel andere soort is, of op zijn minst een populatie die al lange tijd gescheiden is. Cruciaal was dat het nucleaire DNA een ander verhaal vertelde voor de Chileense mijten; het scheidde hen niet van de rest van de wereldwijde mijten, wat suggereert dat er een complexe geschiedenis is waarbij de moederlijn uiteenliep terwijl de rest van het genoom gelijk bleef. Voor de mijten in Brazilië bevestigden zowel de nucleaire als de mitochondriale data dat de appel- en druivenpopulaties genetisch identiek waren, wat geen tekenen vertoonde van een splitsing in aparte groepen.

Om te bevestigen of deze populaties daadwerkelijk konden mengen, brachten de onderzoekers mijten van appelbomen en wijnstokken samen in het laboratorium om te zien of ze zich konden voortplanten. Ze stelden een reeks paren op: appelvrouwtjes met appelmannetjes, druivenvrouwtjes met druivenmannetjes, en gemengde paren waarbij een appelvrouwtje met een druivenmannetje paarde, en vice versa. Ze observeerden ook geïsoleerde vrouwtjes om te zien of zij alleen konden voortplanten. De resultaten lieten zien dat alle kruisingen succesvol waren. Mijnen van appels en druiven paren vrijelijk en produceerden gezonde nakomelingen, inclus including vrouwtjes, wat essentieel is voor de groei van de populatie. Er was geen teken van reproductieve incompatibiliteit. Het enige verschil dat ze vonden, was in het aantal gelegde eieren. Vrouwtjes die op appelbomen waren opgevoed, legden consequent meer eieren dan die op wijnstokken, ongeacht met welke mannetjes ze paarden. Dit suggereert dat hoewel de mijten biologisch gezien dezelfde soort zijn, de appelboom simpelweg een voedzamer of comfortabeler thuis is, waardoor ze zich vitaler voortplanten.

De studie concludeert dat de Europese rode spinstofmijten die de wijnstokken in Brazilië infecteren, niet een nieuwe, onderscheidende soort zijn die geëvolueerd is om op druiven te leven. In plaats daarvan zijn het dezelfde lijnen die oorspronkelijk de appelbomen infecteerden, en die simpelweg hun bereik hebben uitgebreid naar de wijnstokken zonder de genetische veranderingen te ondergaan die nodig zijn om een aparte soort te worden. De mijten blijven een enkele, reproductief compatibele populatie die in staat is om tussen gewassen te bewegen en genen uit te wisselen. Het onderzoek heeft echter wel gewezen op een potentiële taxonomische verwarring met betrekking tot een duidelijke genetische lijn gevonden in Chili, Canada en Rusland. Deze groep, die verschijnt in het mitochondriale DNA maar niet duidelijk in het nucleaire DNA, verdient verder onderzoek om te bepalen of het een cryptische soort is die als de Europese rode spinstofmijt is misidentificeerd. Voor boeren en wetenschappers is de les duidelijk: de mijten op de ranken zijn dezelfde als die op de appels, wat betekent dat beheersstrategieën die effectief zijn voor de één waarschijnlijk ook toepasbaar zijn op de ander, en dat de dreiging van een verborgen, gespecialiseerde plaag die in de wijngaarden evolueert, momenteel laag is.