Projet ANR-14-CE18-0003 – PHEROMOD : Phéromones et modulation du comportement chez l’insecte
Programme : Productions durables (DS0501)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Patrizia D'ETTORRE (Laboratoire d'Ethologie Expérimentale et Comparée- LEEC)
Partenaires : Centre de Recherches sur la Cognition Animale; Institut d'Écologie et des Sciences de l'Environnement de Paris; Laboratoire public
Montant : 398840.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Les phéromones modulent les processus cognitifsLes phéromones sont des signaux chimiques induisant des réponses comportementales/physiologiques chez des congénères. Elles sont cruciales pour la régulation des interactions sociales. Au-delà de cette fonction, certaines phéromones jouent un rôle de modulateurs de processus cognitifs, en facilitant/inhibant l’apprentissage et la mémoire. Cette modulation correspond à un nouvel effet puisque les comportements affectés diffèrent de ceux identifiés auparavant comme cibles de l’action phéromonale.
L'objectif est d’étudier l'effet modulateur de phéromones chez trois insectes avec un intérêt écologique/économique important: l'abeille, la fourmi et le papillon de nuit.Une phéromone, en tant que modulateur, affecte l’intensité ou la probabilité d’un comportement dépendant de l’expérience. Les phéromones fourniraient une information contextuelle déterminant le caractère pertinent ou non d’apprentissages dans les contextes qu’elles signalent. La question suivante est si l’effet modulateur sur l’apprentissage est propre aux phéromones ou peut être également induit par n’importe quelle odeur ayant acquis une valence particulière (appétitive ou aversive) par un apprentissage préalable.Nous allons déterminer si des odeurs initialement neutres mais devenues appétitives ou aversives par apprentissage modulent l’apprentissage de manière similaire aux phéromones.Nous étudierons aussi les mécanismes de la modulation phéromonale en nous intéressant aux réseaux octopaminergiques et dopaminergiques qui, chez de nombreux insectes, signalent des situations appétitifs et aversifs,respectivement.Puisque le codage neuronal des odeurs change après leur association avec une récompense ou une punition dans les centres olfactifs du cerveau de l’insecte, nous analyserons si l’exposition à une phéromone peut modifier également ce codage, chez les trois espèces étudiées.
Une approche interdisciplinaireTester ces hypothèses implique de combiner l’exposition à des phéromones et des protocoles de conditionnement dans deux modalités, appétitive et aversive.Nous supposons que les phéromones appétitives activeront surtout les réseaux octopaminergiques susceptibles de faciliter des apprentissages impliquant des récompenses, et que les phéromones aversives activerontplutôt les réseaux dopaminergiques facilitant l’apprentissage concernant des punitions. Cette hypothèse sera testée par une combinaison d’approches comportementales et pharmacologiques.Nous utiliserons aussi l’imagerie fonctionnelle calcique des centres olfactifs etl’exposition phéromonale.
Résumé de la soumission : Les phéromones sont des signaux chimiques des animaux, induisant des réponses comportementales ou physiologiques chez des congénères. Elles sont cruciales pour la régulation des interactions sociales ou sexuelles. Au-delà de cette fonction de signaux de communication, il a été montré récemment que certaines phéromones jouent un rôle de modulateurs de processus cognitifs, en facilitant ou en inhibant l’apprentissage et la mémoire. Cette modulation correspond à un nouvel effet puisque les comportements affectés diffèrent de ceux identifiés auparavant comme les cibles de l’action phéromonale. Une phéromone, en tant que modulateur, affecte l’intensité ou la probabilité d’un comportement dépendant de l’expérience.Nous proposons d’étudier cet effet modulateur de phéromones chez trois espèces (l’abeille Apis mellifera, la fourmi Lasius niger et le papillon Agrotis ipsilon) pour déterminer les mécanismes qui sont conservés et ceux qui sont propres à une espèce. Ces espèces diffèrent dans leur histoire évolutive et leurs environnements écologiques. L’abeille et la fourmi sont des espèces sociales, tandis que le papillon est un insecte solitaire. Leurs régimes alimentaires diffèrent: les abeilles récoltent le nectar et le pollen et les fourmis des cadavres d’insectes, du nectar et du miellat ; les papillons sont herbivores en phase larvaire puis nectarivores en phase adulte. Puisque l’utilisation de phéromones est une alternative à celle de pesticides, la compréhension des mécanismes de contrôle de comportements non innés par la modulation phéromonale présente un intérêt économique potentiel important.Notre hypothèse est que les phéromones appétitives (indiquant des ressources d’intérêt pour l’animal) facilitent l’apprentissage appétitif (association avec récompense) et inhibent l’apprentissage aversif (association avec punition). Inversement, les phéromones aversives (indiquant des situations nocives) inhiberaient l’apprentissage associatif et faciliteraient l’apprentissage aversif. Les phéromones fourniraient donc une information contextuelle déterminant le caractère pertinent ou non d’apprentissages dans les contextes qu’elles signalent. Tester cette hypothèse implique de combiner l’exposition à des phéromones et des protocoles de conditionnement dans les deux modalités, appétitive et aversive. La question suivante est si l’effet modulateur sur l’apprentissage est propre aux phéromones ou peut être également induit par n’importe quelle odeur ayant acquis une valence particulière (appétitive ou aversive) par un apprentissage préalable. Nous allons déterminer si des odeurs initialement neutres mais devenues appétitives ou aversives par apprentissage modulent l’apprentissage de manière similaire aux phéromones. Nous étudierons aussi les mécanismes de la modulation phéromonale en nous intéressant aux réseaux octopaminergiques et dopaminergiques qui, chez de nombreux insectes, signalent des situations appétitifs et aversifs, respectivement. Nous supposons que les phéromones appétitives activeront surtout les réseaux octopaminergiques susceptibles de faciliter des apprentissages impliquant des récompenses, et que les phéromones aversives activeront plutôt les réseaux dopaminergiques facilitant l’apprentissage concernant des punitions. Cette hypothèse sera testée par une combinaison d’approches comportementales et pharmacologiques.Puisque le codage neuronal des odeurs change après leur association avec une récompense ou une punition dans les centres olfactifs du cerveau de l’insecte,  nous analyserons si l’exposition à une phéromone peut modifier également ce codage, chez les trois espèces étudiées. Nous utiliserons l’imagerie fonctionnelle calcique des centres olfactifs et l’exposition phéromonale.Le projet fournira une meilleure connaissance des mécanismes par lesquels les phéromones influencent les performances d’apprentissage dans trois taxa paradigmatiques d’insectes qui constituent des modèles en recherche fondamentale et appliquée.
Résultats : Nos résultats montrent que les phéromones appétitives (indiquant des ressources d’intérêt pour l’animal) facilitent l’apprentissage appétitif (association avec récompense) et inhibent l’apprentissage aversif (association avec punition). Inversement, les phéromones aversives (indiquant des situations nocives) inhibent l’apprentissage associatif appétitif et facilitent l’apprentissage associatif  aversif. Cette effet est spécifique aux phéromones.
Perspectives : Le projet fournira une meilleure connaissance des mécanismes par lesquels les phéromones influencent les performances d’apprentissage dans trois taxa paradigmatiques d’insectes qui constituent des modèles en recherche fondamentale et appliquée. Puisque l’utilisation de phéromones est une alternative à celle de pesticides, la compréhension des mécanismes de contrôle de comportements non innés par la modulation phéromonale présente un intérêt économique potentiel important.
Publications et brevets : PEREZ M., GIURFA M., D’ETTORRE P., 2015. The scent of mixtures: rules of odour processing in ants. Scientific Reports Vol.: 5, Pages: 8659 
http://www.nature.com/articles/srep08659
David BARACCHI, Patrizia D’ETTORRE, Jean-Marc DEVAUD, Martin GIURFA (2015). Appetitive and aversive pheromones modulate sucrose response thresholds in honey bees. IFE-GDR meeting, 12-14 Oct, Paris, France (Talk) 
David BARACCHI, Jean-Marc DEVAUD, Patrizia D’ETTORRE, Martin GIURFA (2016). Appetitive and aversive pheromones induce opposed modulation of appetitive sucrose responsiveness and learning and memory performances on honey bees. XII Congress, International Society of Neuroethology, 30 march-03 April, Montevideo, Uruguay (Poster)
Matthieu DACHER, Meena MURMU, Camille HOSTACHY, Guillaume PORTEMER, Mélissa HANAFI, Michel RENOU, Nina DEISIG (2016). La réponse au sucre du papillon Agrotis ipsilon (Lépidoptères, Noctuidés) est-elle modulée par la phéromone sexuelle? Colloque SFECA, 22-24 mars 2016, Caen, France (poster)
Matthieu DACHER, Philippe COUZI, Camille HOSTACHY (2016). L’habituation gustative chez la noctuelle Agrotis ipsilon et sa  modulation par les phéromones sexuelles. 18ème Colloque Biologie de l’Insecte,  27-29 juin 2016, Tours, France (talk)
Matthieu DACHER, Meena MURMU, Camille HOSTACHY, Guillaume PORTEMER, Mélissa HANAFI, Michel RENOU, Nina DEISIG (2016). Modulation of sucrose perception, sucrose habituation and  olfactory learning by sex pheromone and biogenic amines in the moth Agrotis ipsilon 10th FENS forum of Neuroscience, 2-6 July 2016, Copenhagen, Denmark (poster)
Nina DEISIG (2016) Pheromones as modulators of insect behaviour. XII Congress, International Society of Neuroethology, 30 march-03 April, Montevideo, Uruguay (talk)