Projet ANR-11-BSV7-0026 – POPIs : Interactions Odeurs de plantes-Phéromones et recherche du partenaire : signal ou bruit ?
Programme : Blanc - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc SVSE 7)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Michel Renou (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE VERSAILLES GRIGNON)
Partenaires : Institut d'Écologie et des Sciences de l'Environnement de Paris
Montant : 280000.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Interactions Odeurs de plantes-Phéromones et recherche du partenaire : signal ou bruit ?La localisation d’une ressource est une étape critique dans la vie d’un animal. Les interactions entre les phéromones et les odeurs de plantes constituent un modèle unique pour étudier la question très générale de l’extraction d’un signal complexe dans un environnement bruité.
Odeurs de plantes et recherche du partenaire : signal ou bruit ?La survie de l’individu et son succès reproducteur dépendent de ses capacités à localiser sources de nourriture, partenaires sexuels ou sites favorables pour le développement de la descendance. Les systèmes sensoriels doivent extraire l’information efficacement et rapidement. Ainsi, le système olfactif des papillons de nuit est il capable d’identifier et de discriminer la phéromone sexuelle émise par les femelles parmi les nombreuses odeurs présentes dans l’environnement. Les plantes sont également une source très importante de composés volatils qui peuvent attirer ou repousser les insectes selon leur nature. Les odeurs phéromonales et non phéromonales sont détectées par des neurones récepteurs olfactifs (ORNs) puis analysées dans des zones différentes des lobes antennaires (LAs) des mâles de papillons. Cependant, l’addition d’odeur de plante à la phéromone module le comportement d’orientation et des interactions entre les deux types de signaux ont été observées, tant à la périphérie qu’au niveau central du système olfactif. Notre projet vise à comprendre comment les insectes ravageurs de culture, tels que la noctuelle Agrotis ipsilon, sont capables d’extraire l’information relative à l’identité du partenaire et à sa localisation, non seulement à partir de la phéromone spécifique, mais sans doute également de signaux de plantes, dans un environnement végétal complexe et changeant.
Interactions phéromones-odeurs de plantes : du neurone au comportementNous avons organisé notre programme de travail de manière à analyser les interactions à trois niveaux d’intégration des signaux odorants : leur détection (ORNs), leur codage dans le cerveau (LAs), et la réponse motrice intégrée (individu et comportement d’orientation). Nous analyserons l’orientation des mâles vers des sources de phéromone grâce à la trajectométrie afin de déterminer i) dans quelle mesure la réponse des mâles à la phéromone femelle dépend du contexte odorant ; ii) comment la structure spatio-temporelle du signal plante-phéromone affecte les déplacements de l’insecte ; et iii) si l’insecte apprend à associer odeurs de plantes et phéromone lors de son déplacement orienté. Les effets des composés de plante sur le codage intensitif et qualitatif du signal phéromonal par les ORNs seront étudiés par des approches électrophysiologiques et biochimiques. Une combinaison d’une méthode très puissante pour l’analyse de l’activité nerveuse globale (imagerie calcique) et de la résolution fine offerte par l’électrophysiologie (enregistrements intracellulaires) permettra d’étudier efficacement les représentations de mélanges phéromone-odeurs de plantes dans les lobes antennaires du papillon. Grâce à cette approche intégrative, nous pensons parvenir à une bonne compréhension des mécanismes neuronaux et comportementaux qui permettent à un animal de maintenir un remarquable niveau de spécificité et de sensibilité de sa communication dans un environnement bruité, ainsi qu’à déterminer comment l’insecte utilise le contexte odorant dans sa recherche de ressources spécifiques.
Résumé de la soumission : La localisation d’une ressource est une étape critique dans la vie d’un animal. La survie de l’individu et son succès reproducteur dépendent de ses capacités à localiser sources de nourriture, partenaires sexuels ou sites favorables pour le développement de la descendance. Les systèmes sensoriels doivent donc extraire l’information efficacement et rapidement. Ainsi, le système olfactif des papillons de nuit est il capable d’identifier et de discriminer la phéromone sexuelle émise par les femelles parmi les nombreuses odeurs présentes dans l’environnement. Les plantes sont également une source très importante de composés volatils qui peuvent attirer ou repousser les insectes selon leur nature. Les interactions entre les phéromones et les odeurs de plantes constituent un modèle unique pour étudier la question très générale de l’extraction d’un signal complexe dans un environnement bruité. Les odeurs phéromonales et non phéromonales sont détectées par des neurones récepteurs olfactifs (ORNs) puis analysées dans des zones différentes des lobes antennaires (LAs) des mâles de papillons. Cependant, l’addition d’odeur de plantes à la phéromone module le comportement d’orientation et des interactions entre les deux types de signaux ont été observées, tant à la périphérie qu’au niveau central du système olfactif. Notre projet vise à comprendre comment les insectes ravageurs de culture, tels que la noctuelle Agrotis ipsilon, sont capables d’extraire l’information relative à l’identité du partenaire et à sa localisation, non seulement à partir de la phéromone spécifique, mais sans doute également de signaux de plantes, dans un environnement végétal complexe et changeant. Nous avons organisé notre programme de travail de manière à analyser les interactions à trois niveaux d’intégration des signaux odorants : leur détection (ORNs), leur codage dans le cerveau (LAs), et la réponse motrice intégrée (individu et comportement d’orientation). Nous analyserons l’orientation des mâles vers des sources de phéromone grâce à la trajectométrie afin de déterminer i) dans quelle mesure la réponse des mâles à la phéromone femelle dépend du contexte odorant ; ii) comment la structure spatio-temporelle du signal plante-phéromone affecte les déplacements de l’insecte ; et iii) si l’insecte apprend à associer odeurs de plantes et phéromone lors de son déplacement orienté. Les effets des composés de plante sur le codage intensitif et qualitatif du signal phéromonal par les ORNs seront étudiés par des approches électrophysiologiques et biochimiques. Une combinaison d’une méthode très puissante pour l’analyse de l’activité nerveuse globale (imagerie calcique) et de la résolution fine offerte par l’électrophysiologie (enregistrements intracellulaires) permettra d’étudier efficacement les représentations de mélanges phéromone-odeurs de plantes dans les lobes antennaires du papillon. Grâce à cette approche intégrative, nous pensons parvenir à une bonne compréhension des mécanismes neuronaux et comportementaux qui permettent à un animal de maintenir un remarquable niveau de spécificité et de sensibilité de sa communication dans un environnement bruité, ainsi qu’à déterminer comment l’insecte utilise le contexte odorant dans sa recherche de ressources spécifiques. Ces deux objectifs ont des conséquences pratiques en protection des cultures car les attractifs sexuels sont utilisés pour le suivi et le contrôle des populations de ravageurs. Enfin, les activités humaines impactent, directement ou au travers du changement climatique global, les émissions de composés volatils organiques (VOCs) d’origine biologique et nous pensons qu’une meilleure compréhension des effets de VOCs sur la reproduction d’un modèle arthropode est pertinente dans le contexte des sciences environnementales.
Résultats : Tâche 2 Caractéristiques biologiques et physiques de la phéromone et des odeurs de plante
Le dispositif expérimental destiné à mesurer l’effet de l’environnement odorant sur l’émission de phéromone par les femelles a été construit. Nos premières expérimentations ont confirmé l’hypothèse de son effet sur la probabilité de présence de femelles émettrices. Nous allons donc poursuivre la caractérisation biologique d’odeurs végétales dans ce dispositif. L’appareillage qui permettra le suivi de la distribution spatio-temporelle des odeurs grâce à 4 capteurs biologiques a été assemblé. La partie logicielle dédiée à l’analyse des signaux provenant des capteurs (script sous R) a été écrite. Les premiers essais ont permis de tracer le panache de phéromone dans le tunnel.
Tâche 3 Orientation en vol vers la phéromone en fonction du contexte odorant
Le tunnel de vol destiné à l’étude de l’orientation des papillons vers la phéromone est fonctionnel et équipé du système de stimulation qui permettra de modifier le background odorant. L’appel d’offre a été lancé pour l’acquisition du système de trajectométrie 3D pour l’analyse quantitative et qualitative des vols des papillons soumis à différents environnements odorants.
Tâche 4 Effets des composés de plante sur le codage du signal phéromonal par les neurones sensoriels de l’antenne
Les approches électrophysiologiques extracellulaires ont débuté pour identifier des composés de plantes reconnus par les neurones olfactifs de l’antenne et évaluer leur capacité à interagir avec la détection de la phéromone.
Tâche 5 Traitement par le système nerveux central de l’information phéromonale en présence d’un environnement odorant végétal
Les enregistrements intracellulaires dans les neurones du lobe antennaire sont en cours. L’analyse par imagerie calcique de cartes d’activité dans les glomérules des lobes antennaires des réponses à des mélanges phéromone/odeurs de plante est planifiée dès la fin 2012.
Perspectives : Le projet sera poursuivi comme prévu. Pas de changement majeur sur la planification des tâches
Publications et brevets : Rapport intermédiaire à 6 mois. Pas de publication écrite.