Abdominal microbiome composition and diversity of two Heliconius species (Lepidoptera: Nymphalidae) in the Colombian Andes

Abstract

Internal insect microbial communities, that is microbe taxa that live within an organism, play important roles in digestion, protection from pathogens, and fitness of their insect hosts. Recent expansion of research in this field has highlighted the importance of endosymbiotic communities to their hosts and elucidated microbial community patterns based on host life history. Here, we document the bacterial microbiome of two species of the butterfly genus Heliconius (Nymphalidae), each from two fragmented populations, by sequencing the V4 region of the 16S rRNA gene. We used 14 individual adult butterflies from two species, Heliconius cydno (n = 10) and H. clysonymus (n = 4), from two forest reserves in the Central Colombian Andes. Commensalibacter (Acetobacteraceae) was the most common bacterial genus across all samples, although relative abundance varied across groups. Notably, we also observed the bacterial genera Spiroplasma (Spiroplasmataceae) and Wolbachia (Ehrlichiaceae). While we did not find distinct spatial or species-level patterns in bacterial composition of microbiomes, we did find disparate bacterial diversity across the two butterfly species, with H. cydno harboring higher diversity than H. clysonymus. The microbiome composition of the two butterfly species did not differ, but that of H. cydno was distinct from the microbiome composition of environmental/butterfly trap bait samples. These findings contribute to the documented diversity of insect microbiomes and inform future experimental and sampling efforts.

La microbiota que reside dentro de los insectos contribuye a la digestión, protección contra patógenos, e influye en la aptitud darwiniana del huésped. Estudios recientes han destacado la importancia que tienen las comunidades bacterianas dentro sus hospederos, además de dilucidar sus patrones de diversidad y cómo estas están relacionadas a la historia natural del organismo que las alberga. En este trabajo, exploramos y documentamos las comunidades de bacterias presentes en mariposas del género Heliconius, mediante la secuenciación de la región V4 del gen ARNr 16S. En total se capturaron 14 individuos que corresponden a las especies, Heliconius cydno (n=10) y Heliconius clysonymus (n=4), presentes en dos reservas naturales (poblaciones) de la Cordillera Central de los Andes colombianos. Commensalibacter fue el género de bacteria más abundante en todas las muestras, pero su abundancia relativa fue variable entre los grupos. Adicionalmente, observamos la presencia de otras bacterias como los simbiontes, Spiroplasma y Wolbachia. Aunque no encontramos un patrón particular en cuanto a la composición bacteriana en los microbiomas a nivel de especie ni sitio, la diversidad de bacterias de los microbiomas entre ambas especies de mariposa fue distinta - H. cydno tenía más diversidad que H. clysonymus. Las composiciones de los microbiomas de las dos especies de mariposa fueron muy parecidas, aunque la de H. cydno fue distinta de la composición bacteriana del microbioma de muestreos del ambiente/cebo de trampa. Esta investigación contribuye a la diversidad documentada de los microbiomas en insectos, además de informar futuros experimentos y métodos de muestreo.