Régulation et dynamique de la signature chimique chez les insectes sociaux

par Mélissa Haouzi

Projet de thèse en Sciences de la Vie et de la Santé

Sous la direction de Eric Darrouzet.

Thèses en préparation à Tours , dans le cadre de Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV , en partenariat avec Institut de Recherche sur la Biologie de l'Insecte (laboratoire) et de ESORE - Évolution Sociale et Réponses à l'Environnement (equipe de recherche) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    Les hydrocarbures cuticulaires (CHCs) tapissent la surface des insectes. Outre leur fonction de barrière chimique contre la dessiccation (Gibbs and Rajpurohit, 2010), ces molécules sont à la base des phénomènes de reconnaissance inter- et intra-spécifiques (Blomquist & Bagnères, 2010). De fait, elles représentent un réel système de communication chimique qui participe grandement à la cohésion sociale au sein des colonies d'insectes sociaux (termites, abeilles, fourmis, guêpes…). De nombreux travaux scientifiques ont montré le lien fort qui existe entre des comportements sociaux chez ces insectes et leur signature chimique (profils cuticulaire en CHCs) (Blomquist & Howard, 2005). Les CHCs sont impliqués par exemple dans les phénomènes de perception de l'identité coloniale au sein d'une même espèce, mais aussi de l'identité de caste et de sexe au sein d'une même colonie (Blomquist & Bagnères, 2010), voire même des tâches réalisées par les individus (Rahman et al, 2016). Cette signature chimique composée par les CHCs peut varier selon des facteurs endogènes, comme le taux de certaines hormones (Darrouzet et al, 2014 ; Leniaud et al, 2011 ; Lengyel et al. 2007; Schal et al. 2003), l'âge ou la fonction des insectes (Rahman et al, 2016), mais aussi des facteurs exogènes, comme le climat et la saison (Bagnères et al. 1990), l'alimentation (Liang and Silverman 2000) ou le temps (Bagnères et al., 2011). Deux questions principales seront étudiées dans le cadre du sujet de thèse proposé : l'aspect modulaire et le contrôle endocrine de la signature chimique chez des insectes sociaux. - Régulation hormonale de la signature chimique. Plusieurs travaux ont montré que l'hormone juvénile (JH) intervenait lors de la différenciation des castes chez des termites (Darrouzet et al, 2014 ; Leniaud et al, 2011). Un analogue chimique de JH induit chez les ouvriers (Reticulitermes flavipes) un changement de caste avec des modifications de la signature chimique. Les ouvriers termites sont un modèle de choix en raison de leur caractère larvaire et leur possibilité à changer de caste (soldat ou reproducteur). Par des approches moléculaires, nous analyserons le mode d'action de la JH sur la voie de biosynthèse des CHCs chez ces termites (action génomique, activation/inhibition d'enzymes). Pour cela, nous utiliserons un analogue chimique de JH sur des ouvriers termites ; une approche transcriptomique sera menée afin de déterminer si les gènes codant pour des enzymes spécifiques de la voie de biosynthèse des CHCs (élongases, désaturases) sont exprimés différemment suite à l'induction hormonale. Cette étude sera menée en parallèle sur un second modèle d'insecte social (le frelon Vespa velutina) afin de déterminer (1) si cette régulation endocrine de la signature chimique est généralisable à diverses espèces d'insectes sociaux, et (2) si celle-ci intervient également chez des insectes au stade adulte. Cette étude apportera une meilleure connaissance des mécanismes de régulation endocrine sur la signature chimique des insectes sociaux. - Dynamique de la signature chimique des individus. Les colonies de frelons sont des colonies annuelles regroupant relativement peu d'individus (quelques centaines à milliers d'insectes) (Darrouzet, 2019). Les ouvrières, à la différence des ouvriers termites, sont des adultes qui vivent environ 1 mois. En raison de leur taille, il est aisé d'analyser les signatures chimiques au niveau individuel. Elles représentent ainsi un excellent modèle d'étude pour analyser la dynamique de cette signature, en lien par exemple avec leur âge, leur activité (construction du nid, prédation, etc.) et de la période de l'année (« âge » de la colonie). Par des techniques classiques de GC-FID et GC-MS, nous étudierons le profil chimique en CHCs des ouvrières frelon selon ces divers paramètres (âge, fonction). Cette étude permettra de mieux comprendre l'activité différentielle des ouvrières, de leurs interactions sociales et des phénomènes de reconnaissance entre chacune. Ensuite, par modification de leur taux de JH (injection de JH ou d'un analogue chimique), nous pourrons induire des modifications de leur signature chimique et analyser les conséquences comportementales chez ces dernières, mais aussi de leurs congénères au sein des colonies. Cette étude, combinant des approches en écologie chimique et écologie comportementale, permettra de mieux comprendre la dynamique de cette signature chimique, des relations signature chimique - taches des ouvrières, en fonction de paramètres liés à la biologie des Vespidés.

  • Titre traduit

    Control and dynamic of the chemical signature in social insects.


  • Résumé

    The insect cuticle is covered by a thin lipid layer largely consisting of cuticular hydrocarbons (CHCs). These CHCs mainly serve as recognition cues. Inter- and intraspecific recognition among insects involve CHCs, which constitute the chemical signatures of individuals. Several studies have demonstrated a strong link between the social behavior of insects and their cuticular profiles. Indeed, CHCs compose a mosaic of hierarchical information that is involved in nestmate, caste and gender recognition. Moreover, within a given colony, workers have different CHC signatures according to their activities. Therefore, chemical signatures can vary, and the degree of variation depends on a wide range of endogenous factors, such as the endocrine system, age or activity, and exogenous factors, such as climate and season, diet, or time. Consequently, the chemical signature can be modified according to different factors, and thus is controled. In the project, we will analyze some dynamic aspects of the chemical signature in social insects, and its endocrine control by the juvenile hormone, a key hormone in insect physiology.