Co-évolution plantes-insectes : adaptation des lépidoptères aux Poaceae

par Leslie Dutartre

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de René Feyereisen.

Soutenue en 2011

à Nice .


  • Résumé

    Nous nous sommes intéressés à l’interaction entre une Poacée, le maïs, et l’insecte Spodoptera frugiperda, afin d’étudier le principe de coévolution. Les Poacées synthétisent le DIMBOA, composé aux effets bactéricides, fongicides et insecticides. Les noctuelles comme S. Frugiperda, un ravageur du maïs, ont dû s’adapter à cette voie de biosynthèse. L’origine de la voie de biosynthèse du DIMBOA a été étudiée par une approche bioinformatique. Notre étude suggère que la voie de biosynthèse a été initiée par le réarrangement de deux gènes nouvellement dupliqués, Bx1 et Bx2, à l’extrémité d’un chromosome d’un Poaceae ancêtre. Bx2, un gène codant pour un P450, a ensuite été dupliqué pour mener aux 4 P450s de la voie qui ont ensuite évolué par des phénomènes de divergence fonctionnelle et/ou de sélection positive, menant à leur spécificité de substrat. Nous avons démontré par des approches métabolomiques et transcriptomiques que des maïs dont la voie de biosynthèse a été bloquée au niveau des gènes Bx1 et Bx3 pouvaient simuler des étapes évolutives ancestrales disparues. Nous avons alors comparé l’effet de l’ingestion du maïs normal et des mutants sur les larves de S. Frugiperda par des études toxicologiques et transcritomiques. Enfin, nous avons étudié l’impact toxicologique des différents intermédiaires de la voie sur larves d’insectes. Les résultats montrent qu’au cours de la coévolution, l’insecte S. Frugiperda a optimisé sa réponse à la voie de biosynthèse complète, mais n’est plus adapté aux étapes ancestrales de la voie et précurseurs du DIMBOA. Cette observation permet d’envisager la manipulation d’une défense constitutive du maïs contre un de ses principaux ravageurs.

  • Titre traduit

    Plant-insect coevolution : adaptation of Lepidoptera to Poaceae


  • Résumé

    To study the principle of plant-insect co-evolution, we studied the interaction between a Poaceae, Zea mays, and the insect Spodoptera frugiperda. The Poaceae developed the DIMBOA-biosynthetic pathway, compound with bactericide, fungicide and insecticide effects. Noctuid moths like S. Frugiperda, a maize pest, had to coevolve when the pathway expanded. We studied the origin of the DIMBOA-biosynthetic pathway in Poaceae by a bioinformatic approach and demonstrated that the origin of the pathway was the rearrangement of two new duplicated genes, Bx1 and Bx2, at the tip of a chromosome of a poaceous ancestor. Bx2 was further duplicated, leading to the 4 P450s of the pathway which further evolved by functional divergence and/or positive selection processes, explaining their actual high substrate specificity. We also characterized maize lines for which the pathway was blocked in the Bx1 and Bx3 genes by metabolomic and transcriptomic approaches and demonstrated that they could be used to simulate disappeared evolutionary ancestral steps. We then compared the influence of the ingestion of wild type or Bx1 and Bx3 mutant plants on S. Frugiperda larvae by a toxicological study and a transcriptomic approach. Finally, we studied the toxicological impact of different pathway intermediates on insect larvae. Our results demonstrate that, during coevolution, the polyphagous insect S. Frugiperda has optimized its response to the entire pathway and is no longer adapted to ancestral steps of the pathway and DIMBOA precursors. This observation allows us to envisage the manipulation of a maize constitutive defense as a way to fight against one of its main pest.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (266 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 253-266. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 11NICE4047
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