Dynamique évolutive des symbioses protectrices chez les insectes

par Mélanie Leclair

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Yannick Outreman et de Jean-Christophe Simon.

Soutenue le 15-12-2016

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes (laboratoire) .


  • Résumé

    Les associations symbiotiques entre microorganismes et eucaryotes sont omniprésentes dans le monde vivant. Ces microorganismes peuvent jouer un rôle crucial dans l’évolution et l’écologie de leurs porteurs en modifiant leur phénotype. Ces symbiotes étant le plus souvent héritables, les phénotypes étendus résultant de ces associations symbiotiques peuvent se transmettre aux générations suivantes. Certains microorganismes vont permettre l’accès à une ressource alimentaire, d’autres conférer une protection contre un ennemi. Une telle protection symbiotique est rencontrée chez le puceron du pois (Acyrthosiphon pisum) en interaction avec la bactérie Hamiltonella defensa. Cette symbiose confère au puceron une résistance face à l’attaque de son principal ennemi : le parasitoïde Aphidius ervi. Les populations de ce ravageur des Légumineuses sont structurées en biotypes (populations spécialisées sur des plantes hôtes). La distribution du symbiote protecteur au sein des populations de pucerons est singulière. De nombreux individus vivant sur la luzerne, la bugrane ou les genêts abritent ce symbiote alors qu’il est peu fréquent dans les populations d’autres biotypes d’A. pisum comme le pois ou le trèfle. Nous avons cherché à comprendre pourquoi H. defensa n’était pas retrouvé chez tous les biotypes du puceron du pois. Afin de prédire la dynamique de la symbiose protectrice et le potentiel de résistance dans les populations aphidiennes naturelles, nous nous sommes intéressés à plusieurs processus écologiques et évolutifs. L’incidence de la pression des parasitoïdes sur la composition des populations symbiotiques a été mesurée chez trois biotypes (luzerne, pois et trèfle) à travers une approche terrain. La distribution du symbiote H. defensa dans les populations est directement dépendante de la variabilité du phénotype associé exprimé dans les différentes populations, j’ai identifié les phénotypes associés au symbiote pour des pucerons issus de différents biotypes ainsi que l’influence du contexte local sur ces phénotypes. L’absence d’H. defensa chez certains individus peut s’expliquer par la redondance d’une fonction protectrice en place chez ces biotypes comme un alternative symbiotique autre que H. defensa ou encore une immunité forte. Enfin, nous avons testé si le cumule des protections symbiotiques conférées par deux bactéries du cortège du puceron du pois pouvaient se cumuler créant ainsi des super-organismes. Mon travail met en évidence l’implication de nombreux facteurs dans la prédiction des fréquences symbiotiques d’une bactérie facultative dans les populations d’hôte.

  • Titre traduit

    Evolutionary dynamics of protective symbioses in insects


  • Résumé

    Symbiotic associations between microorganisms and eukaryotes are ubiquitous in the living world. These microorganisms can play a crucial role in the evolution and ecology of their hosts by altering their phenotypes. Since these symbionts are usually heritable, extended phenotypes resulting from these symbiotic associations may be transmitted to subsequent generations. Some microorganisms will allow access to a food source; others will provide protection against natural enemies. Such symbiotic protection is found in the pea aphid (Acyrthosiphon pisum) in its interaction with the bacteria Hamiltonella defensa. This symbiosis provides the aphid with a resistance against the attack of its main parasitoid enemy: Aphidius ervi. The populations of the pea aphid, a legume pest insect, are structured in different biotypes (specialized populations on host plants). The distribution of this protective symbiont within pea aphid populations is singular: many individuals living on Medicago sativa (alfalfa), Ononis spinosa or Genista sagittalis and G. tinctoria host plant with H. defensa while it is rarely found in other populations of A. pisum biotypes such as Pisum sativum (pea) or Trifolium sp. (clover). We sought to understand why H. defensa was not found in every pea aphid biotype. In order to predict the dynamics of the protective symbiosis and the resistance potential in natural aphid populations, we focused on several ecological and evolutionary processes. We measured the consequence of parasitoid stress in the composition of symbiotic populations in three different biotypes (alfalfa, clover and pea) using a field approach. The distribution of H. defensa symbiont in populations dependent directly on the variability of the associated phenotype expressed in different populations. We identified the phenotypes associated with this symbiont in aphids from different biotypes, and the influence of the local context on these phenotypes. The lack of H. defensa in some individuals can be explained by the redundancy of a protective function already in place in these biotypes, such as an alternative symbiotic species or a strong immunity. Finally, we tested whether the symbiotic protections provided by two different bacteria in the pea aphid could be cumulated, thus creating super-organisms. My work highlights the many factors involved in predicting the frequencies of facultative symbiotic bacteria in host populations.


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