Sunflower spines and beyond: Mechanisms and breadth of pollen that reduce gut pathogen infection in the common eastern bumble bee

Abstract

en

1. Plants have unique chemical and physical traits that can reduce infections in animals ranging from primates to caterpillars. Sunflowers (Helianthus annuus; Asteraceae) are one striking example, with pollen that suppresses infections by the trypanosomatid gut pathogen Crithidia bombi in the common eastern bumble bee (Bombus impatiens). However, the mechanism underlying this effect has remained elusive, and we do not know whether pollens from other Asteraceae species have similar effects.
2. We evaluated whether mechanisms mediating sunflower pollen's antipathogenic effects are physical (due to its spiny exine), chemical (due to metabolites) or both. We also evaluated the degree to which pollen from seven other Asteraceae species reduced C. bombi infection relative to pollen from sunflower and two non-Asteraceae species, and whether pollen spine length predicted pathogen suppression.
3. We found that sunflower exines alone reduced infection as effectively as whole sunflower pollen, while sunflower pollen metabolites did not. Furthermore, bees fed pollen from four of seven other Asteraceae had 62%–92% lower C. bombi infections than those fed non-Asteraceae pollen. Spine length, however, did not explain variation in bumble bee infection.
4. Our study indicates that sunflower pollen's capacity to suppress C. bombi is driven by its spiny exine, and that this phenomenon extends to several other Asteraceae species. Our results indicate that sunflower pollen exines are as effective as whole pollen in reducing infection, suggesting that future studies should expand to assess the effects of other species with spiny pollen on pollinator–pathogen dynamics.

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Resumen

es

1. Las plantas tienen rasgos químicos y físicos únicos que pueden reducir infecciones en un amplio rango de animales desde los primates hasta las orugas. Los girasoles (Helianthus annuus; Asteraceae) son un ejemplo de este fenómeno, al tener polen que inhibe infecciones causadas por el patógeno tripanosoma Crithidia bombi en el abejorro Bombus impatiens. Sin embargo, el mecanismo que explica este fenómeno aún no ha sido determinado, y no se sabe si el polen de otras especies de Asteraceae tiene efectos similares.
2. Nosotros evaluamos si los mecanismos que median el efecto antipatogénico del polen de girasol son físicos (por su exina espinosa), químicos (por sus metabolitos), o ambos. También evaluamos el grado mediante el cual otras siete especies de Asteraceae reducen las infecciones de C. bombi en comparación con el polen de girasol y otras dos especies no-Asteraceae, y si el largo de las espinas del polen predice su efecto.
3. Encontramos que las exinas del girasol por si solas redujeron la infección de manera comparable con el efecto ejercido por el polen completo de girasol, mientras que los metabolitos del polen de girasol por si solos no lo hicieron. Por otra parte, los abejorros que consumieron polen de cuatro de las otras siete especies de Asteraceae obtuvieron infecciones de C. bombi 62%–92% más bajas que aquellas que consumieron polen de no-Asteraceae. Sin embargo, el largo de las espinas no predijo la variación en las infecciones de los abejorros.
4. Nuestro estudio indica que la capacidad del polen de girasol para inhibir C. bombi está guiada por su exina espinosa, y que este fenómeno se extiende a varias especies de Asteraceae. Nuestros resultados indican que las exinas del polen de girasol son tan efectivas en reducir infecciones como el polen completo, lo cual implica que futuros estudios deben expandir la evaluación del efecto de otras especies con polen espinado en la dinámica polinizador-patógeno.