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Chenille de Spodoptera frugiperda © Marie FRAYSSINET

Décryptage du génome du Légionnaire d’automne, un papillon ravageur qui envahit l’Afrique

Dans le cadre d’un consortium international, des chercheurs de l’Inra, en collaboration avec le CEA et l’Inria1, ont séquencé l’un des tout premiers génomes d’un papillon de la superfamille des Noctuoidea : celui de Spodoptera frugiperda ou Légionnaire d’automne. Ce ravageur des cultures -jusque-là connu sur le continent américain - est devenu invasif en Afrique depuis 2016. Publiés dans Scientific Reports le 25 Septembre 2017, ces travaux ouvrent des perspectives vers de nouveaux moyens de lutte biologique et une meilleure compréhension des mécanismes d’apparition des résistances aux pesticides.

Mis à jour le 18/10/2017
Publié le 25/09/2017

Spodoptera frugiperda est un papillon de nuit appartenant à la superfamille des Noctuoidea. Il est également appelé Légionnaire d’automne car les chenilles sont parfois si nombreuses qu’elles forment des ‘tapis’ sur le sol, évoquant une armée en marche. A la différence de la majorité des insectes herbivores, la Légionnaire d’automne est très polyphage : elle s’attaque à plus d’une centaine de plantes, notamment des plantes cultivées (maïs, riz, sorgho, coton, soja). Ce papillon se déplace sous forme de grands essaims et est capable de voler sur de grandes distances.

Jusqu’alors cantonné au continent américain et aux Caraïbes, les dégâts provoqués par Spodoptera frugiperda sont estimés par la FAO2 à 600 millions de dollars chaque année au Brésil. En Amérique, 67 cas de résistance de l’insecte aux pesticides ont été recensés à ce jour3, ce qui illustre la difficulté à contrôler ces populations. Depuis janvier 2016, il est devenu invasif en Afrique où il ravage les champs de maïs de 21 pays du Sud et de l’Ouest. Il menace aujourd’hui le continent européen.

Séquençage d’un des tout premiers génomes d’un papillon de la superfamille des Noctuoidea

Dans le cadre du consortium public international Fall Armyworm4, des chercheurs de l’Inra, en collaboration avec le CEA et l’Inria, ont séquencé le génome de Spodoptera frugiperda. Ils ont ainsi décrit l’un des premiers génomes d’un papillon appartenant à la superfamille des Noctuoidea et ont étudié plus spécifiquement trois types de familles de gènes5 chez cet insecte.
-    Les scientifiques ont d’abord analysé un groupe de gènes impliqués dans la reconnaissance des plantes hôtes, leur permettant de se nourrir ou d’y déposer leurs œufs. En comparant le génome de S. frugiperda avec les génomes disponibles de Lépidoptères (non polyphages), les chercheurs ont révélé une expansion du nombre de gènes (230 contre 45 à 74 chez les autres Lépidoptères) codant pour un certain type de récepteurs gustatifs. Ces derniers sont situés sur la trompe des papillons ou sous leurs pattes. Ils leur permettraient de détecter des toxines ou des composés amers produits par les plantes. Le seul insecte connu pour avoir de telles expansions de récepteurs gustatifs est un coléoptère omnivore, le tribolion rouge de la farine qui s’attaque également à une large gamme d’aliments.
-    Ils se sont ensuite intéressés à d’autres familles de gènes nécessaires pour contrer les défenses chimiques que les plantes surproduisent lorsqu’elles sont attaquées (détoxification). Les chercheurs ont découvert des expansions dans deux des quatre grandes familles de gènes pour la détoxification (codant pour les cytochromes P450s (CYP), ou les glutathion-S-transférases(GST)). Ce sont ces mêmes gènes qui peuvent être impliqués dans les résistances aux pesticides.
-    Enfin, les scientifiques ont décrit un groupe de gènes impliqués dans la digestion des tissus végétaux.

Pour réaliser cette étude, deux génomes de S. frugiperda ont été analysés, correspondant à deux variants génomiques selon la plante hôte de l’insecte : le variant maïs et le variant riz, que l’on retrouve sur l’ensemble de leur aire de distribution en Amérique. Les chercheurs ont mis en évidence des différences entre ces variants dans le nombre et la séquence des gènes nécessaires à la détoxification des toxines émises par les plantes et dans les gènes nécessaires à la digestion.

Mises à la disposition de la communauté scientifique internationale, toutes ces données vont permettre d’identifier quel variant du papillon est en train d’envahir le continent africain. Plus encore, ces travaux vont aussi permettre d’évoquer de nouveaux moyens de lutte biologique. Ils vont également améliorer la compréhension des mécanismes d’apparition des résistances aux pesticides.

Le génome d’une espèce apparentée présente en Asie également séquencé

Des chercheurs de l'Inra ont contribué à l'analyse du génome de Spodoptera litura, "cousin" asiatique de Spodoptera frugiperda. Ce ravageur polyphage présent en Asie s’attaque à une centaine de plantes cultivées dont riz, coton, légumes...  Le séquençage de son génome est publié le même jour dans Nature Ecology and Evolution (doi:10.1038/s41559-017-0314-4).

  

1L'équipe GensCale, du centre de recherche Inria Rennes Bretagne-Atlantique est une équipe de bioinformatique qui développe des méthodes pour traiter et assembler les données massives de séquençage d'ADN. Dans le cadre de ce projet, l'équipe a participé à l'assemblage puis à la comparaison des deux génomes, notamment en développant de nouvelles méthodes pour réduire la redondance dans les assemblages due au fort taux d'hétérozygotie et pour identifier des variants structuraux entre les deux génomes.
2Organisation des Nations-Unies pour l'alimentation et l'agriculture
3www.pesticideresistance.org
4Le consortium FAW-IPC réunit 65 experts de neuf pays dont l’Allemagne, l’Espagne, la France, les Pays-Bas, le Brésil, les Etats-Unis, la Chine, l’Inde, l’Australie.
5Une famille de gènes résulte de l’accumulation dans le génome de plusieurs copies d’un gène ancestral, par différents mécanismes moléculaires dont les duplications en tandem. Ces copies vont pouvoir varier dans leur séquence en acquérant des mutations, qui peuvent, soit inactiver le gène, soit changer son expression (en lui permettant par exemple de s’exprimer dans un nouveau tissu de l’insecte), soit changer sa fonction, par rapport à la copie ancestrale. Si les nouvelles copies confèrent une meilleure survie à l’insecte, elles seront maintenues dans son génome en plus des copies ancestrales, ce qui conduira à la longue à une expansion du nombre de gènes de la famille.

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

  • Emmanuelle d’Alençon (04 67 14 47 20) Unité Diversité, Génomes & Interactions Microorganismes-Insectes (Inra, Université de Montpellier)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 86)
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Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Occitanie-Montpellier

Référence

Gouin, Anaïs & Bretaudeau, Anthony & Nam, Kiwoong & Gimenez, Sylvie & Aury, Jean-Marc & Duvic, Bernard & Hilliou, Frédérique & Durand, Nicolas & Montagné, Nicolas & Darboux, Isabelle & Kuwar, Suyog & Chertemps, Thomas & Siaussat, David & Bretschneider, Anne & Mone, Yves & Ahn, Seung-Joon & Hänniger, Sabine & Gosselin Grenet, Anne-Sophie & Neunemann, David & Fournier, Philippe. (2017).

Two genomes of highly polyphagous lepidopteran pests (Spodoptera frugiperda, Noctuidae) with different host-plant ranges.

Scientific Reports. 7. 11816. 10.1038/s41598-017-10461-4.