Risposte immunitarie di Tenebrio molitor allevato su matrici di frumento contaminate da micotossine

Recently, the possibility of recovering mycotoxin-contaminated cereal matrices as a feeding substrate for insect mass rearing has been considered. Previous studies have highlighted the ability of Tenebrio molitor L. (Coleoptera: Tenebrionidae) to grow on mycotoxin-contaminated matrices. However, the presence of mycotoxins in the rearing substrate could also affect the insect immune system. Indeed, diet plays a key role in influencing the immune responses of insects. It has been shown that changes in the diet can also result in strong variations in the expression of genes coding for antimicrobial peptides (AMPs), a key component of the humoral responses of the insect immune system. The aim of this research was to evaluate the expression of genes encoding three AMPs, Coleoptericin-1, Cecropin-2, and Tenecin-3 in T. molitor mature larvae reared on three different matrices derived from soft wheat milling (whole grain flour obtained from grinding whole grain, bran and shorts) contaminated with different levels of deoxynivalenol (DON): i) low (<800 ppb), ii) medium (~2500 ppb), and iii) high (>5000 ppb). In total, nine different mycotoxins-contaminated diets (3 matrices × 3 contamination levels) and a diet based on uncontaminated wheat bran, used as a control, were evaluated. The expression of the genes coding for the different AMPs was analyzed by Real-time qPCR after extraction of total RNA from single larvae and obtainment of cDNA. Coleoptericin-1 overexpression values were observed in all analysed larvae. In all matrices, higher overexpression was observed in larvae reared on matrices with medium DON level (fold change from 6.80 to 14.40). With the exception of larvae reared on contaminated matrices with medium mycotoxin levels, Cecropin-2 was always underexpressed. Overexpression values of Tenecin-3 were observed in all samples analysed. A higher overexpression was observed in contaminated bran and whole grain with low DON levels (fold change: 7.36 and 15.54) and in contaminated shorts with high levels of mycotoxin contamination (fold change: 9.87). The results obtained show how the presence of mycotoxins in the diet influenced the expression of genes encoding for AMPs without, however, showing a consistent pattern in the genes’ modulation. The genes coding for AMPs known to have also or exclusive antifungal action, Coleoptericin-1 and Tenecin-3, were both overexpressed, while Cecropin-2, known to have bactericidal action, was underexpressed. These results highlight the need to further investigate the immune system of T. molitor reared on mycotoxin-contaminated substrates in order to better understand the variations in the expression of genes encoding for AMPs and their impact on the health of insect mass rearings.

Recentemente, è stata presa in considerazione la possibilità di recuperare matrici cerealicole contaminate da micotossine come substrato di alimentazione per l’allevamento massale di insetti. Precedenti studi hanno evidenziato la capacità di Tenebrio molitor L. (Coleoptera: Tenebrionidae) di crescere su matrici contaminate da micotossine. Tuttavia, la presenza di micotossine nel substrato di allevamento potrebbe avere un impatto anche sul sistema immunitario dell’insetto. La dieta infatti ha un ruolo fondamentale nell’influenzare le risposte immunitarie degli insetti. È stato dimostrato come variazioni nella dieta possano determinare anche forti variazioni nell’espressione di geni codificanti per peptidi antimicrobici (AMPs), componente fondamentale delle risposte umorali del sistema immunitario degli insetti. L’obiettivo della presente ricerca è stato quello di valutare l’espressione di geni codificanti per tre AMPs, la Coleoptericina-1, la Cecropina-2 e la Tenecina-3, in larve mature di T. molitor allevate su tre matrici derivate dalla molitura del frumento tenero (sfarinato integrale ottenuto dalla macinazione integrale della granella, crusca e farinaccio) contaminate con diversi livelli di deossinivalenolo (DON): i) basso (<800 ppb), ii) medio (~2500 ppb), iii) alto (>5000 ppb). In totale, sono state valutate nove diverse diete contaminate da micotossine (3 matrici × 3 livelli di contaminazione) e una dieta composta da crusca di frumento non contaminata, utilizzata come controllo. L’espressione dei geni codificanti per i diversi AMPs è stata analizzata mediante Real-time qPCR previa estrazione dell’RNA totale da singola larva e ottenimento del cDNA. Valori di sovraespressione della Coleolptericina-1 sono stati osservati in tutte le larve analizzate. In tutte le matrici, valori maggiori di sovraespressione sono stati osservati in larve allevate con valori medi di contaminazione (fold change da 6,80 a 14,40). Fatta eccezione per le larve allevate su matrici contaminate con livelli medi di micotossina, la Cecropina-2 è risultata essere sempre sottoespressa. Valori di sovraespressione della Tenecina-3 sono stati osservati in tutti i campioni analizzati. Una più alta sovraespressione è stata osservata in crusca e granella contaminate con bassi livelli di DON (fold change: 7,36 e 15,54) e in farinaccio contaminato con alti livelli della micotossina (fold change: 9,87). I risultati ottenuti evidenziano come la presenza di micotossine nella dieta abbia influenzato l’espressione di geni codificanti per gli AMPs senza però evidenziare un pattern costante nella modulazione di tali geni. I geni codificanti per AMPs notoriamente conosciuti per avere anche o esclusiva azione antifungina, la Coleoptericina-1 e la Tenecina-3, sono risultati essere sovraespressi, mentre la Cecropina-2, nota per avere azione battericida, è stata sottoespressa. Tali risultati evidenziano la necessità di approfondire ulteriormente gli studi legati alla valutazione del sistema immunitario di T. molitor allevato su substrati contaminati da micotossine al fine di comprendere meglio le variazioni dell’espressione di geni codificanti per AMPs e il loro impatto sulla salubrità degli allevamenti massali.