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Journée Chimie et EnvironnementUFR de Chimie et de Terre-Environnement-Biodiversité

UMR-A 1272Physiologie de l’insecte: Signalisation et Communication

Université Pierre et Marie Curie – INRAMartine Maïbèche, David Siaussat

Communication chimiqueEcologie chimique chez les animaux

http://www.upmc.fr/fr/index.html

Communication chimique

- Echange de molécules chimiques entre organismes- Perception des molécules chimiques (chimio-

sensorialité)

Présente chez tous les êtres vivants : modalité sensorielle ancestrale

à distance : olfactionavec contact : gustation

« L'écologie chimique est la science des relations chimiques entre les êtres vivants ou entre le monde minéral

et le monde vivant » Barbier 1976

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:S_cerevisiae_under_DIC_microscopy.jpg

Messagers (médiateurs) chimiques: sémiochimiques

effets intraspécifiques

Phéromones

effets interspécifiques

Composés allélochimiques

Molécules de faible poids moléculaireNature organique essentiellement

Généralement produites en faible quantité: 10-4 à 10-6 MVolatiles (milieu terrestre) ou solubles (milieu aquatique/terrestre)

En général sans valeur nutritionnelleSouvent en mélange (« bouquet »)

Nature, proportions, moment d’émission: spécificité du message Signal discontinu dans le temps et l’espace

(Whittaker, 1971), « semeion » = signe

Pheromonal plume

source

Les allélochimiques

Allomones

effet positif pour l’émetteur

Ex : Substances défensives

Kairomones

effet positif pour le récepteur

Ex : Attractants alimentaires

Synomones

effet positif pour l’émetteur et le

récepteur

Ex: Attractants pour insectes pollinisateurs

nectarophages

Adolf Butenandt: identification en 1959 du bombykol chez Bombyx mori la première phéromone animale identifiée

(E,Z)-10,12 hexadecadiénol

« pherein »: transférer, transporter , « hormon » : exciter

« Produit chimique sécrété à l’extérieur du corps, qui lorsqu’il est reçu par un individu de la même espèce, provoque une ou plusieurs réactions spécifiques

Les Phéromones

Femelle B. mori en appel

Mâle B. mori

Diversité structurale

des médiateurs chimiques

http://www.pherobase.com/index.htm

Rencontre des partenaires sexuels, parades nuptiales Alarme

Marquage territorial

Interactions sociales

Détection des prédateursChoix des sources alimentaires

Diversité fonctionnelle des médiateurs chimiques

Modifications physiologiques

Convergence structurale et fonctionnelle des systèmes récepteurs au niveau périphérique

Comparaison des systèmes olfactifs de Vertébrés/Insectes

Nerf olfactif

Cavité nasale

Muqueuse olfactive

antenne

Sensille olfactive

Identification des médiateurs chimiques: méthodologie

Extraits de glandes sécrétrices ou Collecte d’effluves : Spme

GC

MS

Séparation

Réponse antennaire

Identification structurale : GC-MS

Identification fonctionnelle: GC-EAG

Chimie de synthèse : composé synthétique

Vérification de l’effet comportemental

Méthodes de lutte alternatives contre des insectes ravageurs des cultures : piège avec phéromone, confusion sexuelle

Exemple d’application pratique en agronomie

Impact des polluants d’origine anthropique sur le système olfactif

d’un insecte

UMR 1272A Physiologie de l’insecte: Signalisation et CommunicationUniversité Pierre et Marie Curie – INRA Versailles

David Siaussat

HEMOLYMPH

Xenobiotic

Xenobiotic Pathways

HEMOLYMPH

l’impact des polluants sur le système olfactif est cependant peu étudié...

... chez les vertébrés

… comme chez les insectes

pourtant les insectes ont un impact important dans les écosystèmes

et comprendre l’impact des polluants sur les fonctions physiologiques comme l’olfaction est devenu un nouvel enjeu majeur

… encore moins sur le système olfactif périphérique

Physiologie olfactive

Antenne, Système sentinelle

Comportement

(reproducteur, alimentaire,

…)

- Antenne voie d’entrée ?-Système de détoxification ?-Processus d’adaptation ?

- Perturbation de la détection des autres odeurs (Aliments, phéromones, plantes hôtes, etc…) ?

- Perturbation des comportements ?

- Conséquence sur l’individu, la population et les écosystèmes ?

Les questions ?Les questions ?

Comportement reproducteur dicté par la phéromone sexuelle: système de détection ultrasensible et spécifique. Homéostasie antennaire essentielle

Réponse comportementale des mâles et réponse électrique des neurones à la phéromone mesurables

Transcriptome de l’antenne mâle de S. littoralis: identification de bio-marqueurs (HSP, P450, UGT, GST…)

Sur quel modèle ?Sur quel modèle ?

La noctuelle: Spodoptera littoralis

Quelles méthodologies ?Quelles méthodologies ?

Les métaux lourds

(Cadmium, mercure, …)

Les perturbateurs endocriniens (Phtalates,

bisphenol A,…)

Les produits phytosanitaires

(pesticides, herbicides)

Quels xénobiotiques ?Quels xénobiotiques ?

Doses sublétales ?

? ?

?

Lisa LalouettePost-doctorante

Région IDF (DIM ASTREA)

- Pyréthrinoïde (blocage canaux calcium)

- Application topique antennaire

- Détermination de la CL50 (24h d’exposition)

Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine

0,01000,00750,00500,00250,0000

100

80

60

40

20

0

Dose

Perc

ent

Mean 0,0041783StDev 0,0023676Median 0,0041783IQR 0,0031939

Table of Statistics

Cumulative Failure Plot for Dead

Probit Data - ML EstimatesNormal - 95% CI

Analyse selon méthode Probit

Détermination de la CL50

Spodoptera littoralis male

1,5.10-5M

Identification de biomarqueurs et suivi de leur variation

L’analyse de la banque d’EST (9000 séquences) a permis de trouver:

44 enzymes à cytochrome

P450

36 carboxylestéras

es (CXE)

12 UDP-

glucuronosyltransferases

(UGT)

13 Glutathion

S transférase (GST)

10 Heat shock

Protein (HSP)

Récepteurs olfactifs

Odorant Binding Protein

Acteurs voie de signalisation de la

phéromone sexuelle

- Réponses généralistes au stress

- Détoxification des xénobiotiques (odeurs, polluants)




200

150

100

50

0

250

200

150

100

50

0

200

150

100

50

0

200

150

100

50

0

a aa

aa

b

b b

a

a

bb

Pourcentage d’expression

normalisée

GST

C 1/10 1/100 DL50 DL50

C 1/10 1/100 DL50 DL50

C 1/10 1/100 DL50 DL50

C 1/10 1/100 DL50 DL50

Réponse au niveau de l’antenne

Se traduit par une augmentation d’expression de gènes (GST, etc…)

Car nécessité de détoxifier la deltaméthrine



- Réponses métaboliques

- 40 composés analysés (sucres, acides aminés, …)

Dosage par chromatographie en phase gazeuse

a b b a b b

a a b a a b

a a b a a b

a a b

Control

1/100 (DL50)

1/10 (DL50)

Implication de certaines voies métaboliques

Analyse comportementale (1/10 DL50)


Pheromonal exposure

Wind Tunnel

a

b

a

a

a

b

b b

Des réponses comportementales plus rapides

Etudes électrophysiologiques (en cours)


Antennal response

PheromonalStimulation

Electroantennography

Est-ce que les réponses électriques mesurées suite à une stimulation phéromonale sont modifiées par une exposition à des doses sublétales de la deltaméthrine ??

Conclusions


- La deltaméthrine à doses sublétales induit des réponses spécifiques chez S. littoralis

- Augmentation de l’expression de gènes impliqués dans la détoxification ou la réponse au stress

- Certaines voies métaboliques impliquées

- Les animaux semblent plus sensibles à la phéromone sexuelle lorsqu’ils sont exposés au pesticide

Ces résultats montrent donc que l’utilisation d’un produit à des doses sublétales peut induire chez les animaux l’inverse de l’effet attendu

Ce type d’étude rentre dans une réflexion plus globale de la stratégie à suivre quant à l’utilisation des produits phytosanitaires dans le futur

Ces effets pourraient favoriser des espèces nuisibles au lieu de les éliminer

MERCI POUR VOTRE ATTENTIONMERCI POUR VOTRE ATTENTION

- Catherine Blais (MCF ENS)- Francoise Bozzolan (IE UPMC)- Youssef Dewer (postdoc Mairie de Paris)- Lisa Lalouette (postdoc IDF)- Philippe Lucas (CR INRA)- Martine Maibeche (PR UPMC)- Annick Maria (Tech UPMC)- Marie-Anne Pottier (doctorante Emergence UPMC)- Didier Rochat (CR INRA)

- Autres membres de l’UMR 1272A

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