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Spodoptera littoralis. © ©Inra, M. Renou

Le flair d’un papillon ravageur passé au crible

Chez l’insecte, la perception de l’environnement grâce aux odeurs dépend d’un répertoire de récepteurs olfactifs, dont le fonctionnement reste aujourd’hui encore peu étudié. Pour la première fois, des chercheurs de l’Inra, de l’UPMC et de l’Université suédoise des Sciences Agricoles ont analysé ce répertoire de récepteurs chez un papillon, Spodoptera littoralis, dont la chenille est un redoutable ravageur des cultures. Ils ont mis en évidence que bon nombre de ces récepteurs sont très performants pour détecter les molécules volatiles émises par les plantes. L’évolution récente de certains d’entre eux souligne l’adaptation de ces insectes à leur niche écologique. Ces résultats sont publiés le 5 juin 2017 dans la revue Nature Communications.

Mis à jour le 06/06/2017
Publié le 06/06/2017

Chez l'insecte, la communication chimique, qui repose sur la perception d’odeurs par le sens olfactif, est vitale pour survivre et se reproduire. La perception de son environnement (qu’il s’agisse de sources de nourriture, de congénères ou encore de prédateurs) met en jeu des récepteurs olfactifs, c’est-à-dire des protéines membranaires qui transforment les signaux odorants en signaux électriques dans les neurones des antennes de l’insecte. Aujourd’hui, même si les récepteurs olfactifs de nombreux insectes ont été identifiés, la plupart d’entre eux ne sont pas encore caractérisés fonctionnellement, c’est-à-dire qu’on ne sait pas quelle(s) odeur(s) chacun reconnait.


Des chercheurs de l’Inra, de l’UPMC et de l’Université suédoise des Sciences Agricoles se sont intéressés aux récepteurs olfactifs d’un papillon ravageur de cultures, la noctuelle du coton Spodoptera littoralis. Leur objectif : mieux comprendre l’écologie de cet insecte à travers la perception qu’il a de son environnement.


Des récepteurs adaptés aux besoins écologiques de S. littoralis

Spodoptera littoralis. © Inra, Emmanuelle Jacquin-Joly
Spodoptera littoralis © Inra, Emmanuelle Jacquin-Joly
A la faveur d’un système génétique original qui permet d’exprimer un par un les récepteurs à étudier dans l’antenne de la mouche Drosophila melanogaster, les chercheurs ont analysé les réponses individuelles de 35 récepteurs olfactifs de S. littoralis à une large gamme de molécules odorantes.


Pour la moitié d’entre eux, les odeurs qui les activent ont été identifiées. Plus ou moins spécialisés, ces récepteurs sont sensibles à diverses odeurs : des odeurs vertes rappelant la pelouse tondue, des odeurs florales ou encore des phéromones sexuelles. Ils sont particulièrement performants vis-à-vis des terpènes, des composés émis par les feuilles, susceptibles d’intéresser les chenilles herbivores, et les fleurs, à même d’attirer les adultes se nourrissant de nectar. S. littoralis se distingue ainsi d’autres insectes qui occupent des niches écologiques différentes, telle D. melanogaster plutôt portée sur les odeurs de fruits pourris ou le moustique Anopheles gambiae, vecteur du paludisme et friand d’odeurs de mammifères.


Des récepteurs anciens et d’autres plus récents

L’analyse de l’histoire évolutive des récepteurs de S. littoralis et d’autres espèces de papillons révèle l’existence de 19 grandes familles de récepteurs chez les papillons. Contrairement à l’idée admise que la séquence protéique d’un récepteur olfactif d’insecte ne permet pas de prédire sa fonction, les scientifiques ont mis en évidence une relation manifeste entre l’appartenance à une de ces familles et le type de composés odorants reconnus par un récepteur. Ainsi les récepteurs des familles les plus anciennes (qui sont aussi les plus conservés au cours de l’évolution) sont sensibles à des composés cycliques très répandus dans le monde vivant, tel l’eugénol ou l’indole, tandis que les familles de récepteurs apparues plus récemment chez les papillons (et qui évoluent plus rapidement) sont spécifiques de phéromones ou de molécules, comme les terpènes ou les acétates à chaines courtes, émises par les plantes. Ces résultats témoignent de l’adaptation du système olfactif des papillons à des niches écologiques nouvelles.


Original et novateur à la fois pour son objet d’étude et son ampleur, ce travail se pose non seulement comme une référence pour explorer, à l’échelle moléculaire, l’olfaction d’autres papillons mais jette aussi les bases pour comprendre comment un insecte ravageur herbivore utilise son répertoire de récepteurs pour sélectionner, parmi tant d’autres, une plante hôte. Par l’identification de récepteurs clefs, il ouvre la voie à de nouveaux moyens de lutte contre les insectes ravageurs de cultures en lien avec l’olfaction.

  

Spodoptera littoralis, entre ravageur de cultures et modèle d’étude

Spodoptera littoralis est un papillon de nuit de la famille des noctuelles, dont les chenilles très polyphages ravagent les cultures - tous les organes de la plante pouvant être attaqués.
Dans son aire d’origine, l’Egypte, elle est l’un des plus dangereux ravageurs du cotonnier. Au sud du Bassin méditerranéen, elle attaque notamment les cultures industrielles (tomate, piment doux, cotonnier, maïs) et légumières. Elle a également été trouvée dans plusieurs pays d’Europe :

• en France où elle ne semble pas encore avoir d’habitat fixe mais reste une menace invasive ;
• en Italie où elle provoque des dégâts aux productions horticoles et floricoles sous serres. Plantes potagères et légumineuses fourragères en sont également victimes ;
• elle est l'une des espèces les plus fréquemment interceptées sur les plantes ornementales importées et représente un réel danger pour les cultures sous serres du nord de l'Europe.

Facile à élever,S. littoralis constitue également une espèce biologique de choix :

• son appareil sensoriel, son système nerveux, relativement simple et accessible, ainsi que les gènes impliqués dans l'olfaction sont bien connus ;
• son comportement a été largement étudié et décrit.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Emmanuelle Jacquin-Joly (01 30 83 32 12 ) Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (UPMC, CNRS, Inra, IRD, Univ. Paris Diderot, Univ. Paris Est Créteil Val de Marne)
Contact(s) presse :
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Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

Référence

Arthur de Fouchier, William B. Walker, Nicolas Montagné, Claudia Steiner, Muhammad Binyameen, Fredrik Schlyter, Thomas Chertemps, Annick Maria, Marie-Christine François, Christelle Monsempes, Peter Anderson, Bill S. Hansson, Mattias C. Larsson & Emmanuelle Jacquin-Joly. Functional evolution of Lepidoptera olfactory receptors revealed by deorphanization of a moth repertoire Nature Communications, 5 juin 2017. DOI 10.1038/NCOMMS15709