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Comprendre et prévoir les évolutions de notre environnement (DS0101)
Edition 2015


ODORSCAPE


Effets du changement climatique sur les émissions de composés volatils par les plantes et leurs impacts sur l’olfaction de l’insecte

Effets du changement climatique sur les émissions de composés volatils par les plantes et leurs impacts sur l’olfaction de l’insecte
Les composés organiques volatils émis par les plantes jouent un rôle majeur de signalisation entre organismes. Ainsi les insectes extraient de leur environnement les signaux essentiels à leur reproduction. Les futurs paysages odorants et les services écosystémiques associés vont dépendre de la sensibilité des plantes aux facteurs du changement global. Notre projet vise à : 1) évaluer les changements d' émission de volatils par la plante 2) analyser l'impact sur l’olfaction chez l’insecte.

Des paysages odorants en evolution
Face aux changements rapides de l’environnement dus à l’émission de gaz à effet de serre d’origine anthropique, les futurs paysages odorants des agro-écosystèmes vont dépendre très largement de la sensibilité des voies de production de VPCs par les plantes vis-à-vis des facteurs de changement global, agissant individuellement ou combinés. Les impacts des modifications prévisibles des odorscapes sur l’insecte n’ont jamais été évalués en détail. Dans ce contexte, notre projet vise 1) à évaluer quantitativement et qualitativement les effets des facteurs de changement global sur les voies métaboliques et les émissions de VPCs dans deux types d’agro-écosystèmes; 2) à analyser les effets de ces nouveaux environnements sensoriels sur la communication olfactive chez l’insecte phytophage au niveau des gènes olfactifs, du codage neuronal et du comportement d’orientation

Du métabolisme végétal au comportement de l'insecte
Les deux écosystèmes retenus sont caractéristiques de conditions climatiques présentes en France, à savoir: un climat tempéré sec (DT) et un climat tempéré humide (HT). Chacun sera représenté par une plante cultivée (maïs pour HT et DT), un arbre (peuplier pour HT, ou chêne pour DT) et une adventice, qui seront cultivés en conditions contrôlées et soumis à des niveaux de CO2, O3, sécheresse et élévation de température représentatifs du changement global sous nos climats. Les effets de ces facteurs de changement climatique global sur la nature et la quantité de VPCs émis par ces plantes ainsi que sur le fonctionnement des principales voies métaboliques des VPCs seront analysés. En parallèle, l’état physiologique des plantes traitées sera suivi par mesure du bilan hydrique et des échanges gazeux. Nous étudierons les effets des émissions volatiles provenant des HT et DT traités sur le choix d’un site de ponte par les femelles de papillons et les réponses à la phéromone sexuelle par les papillons mâles. Les émissions naturelles modifiant ces comportements seront analysées afin d’identifier leurs constituants actifs et de reconstituer des odorscapes synthétiques, HTO et DTO. Les effets sur le codage neuronal de l’information olfactive de l’exposition aux HTO et DTO reconstitués seront ensuite analysés au niveau de l’antenne et du cerveau des mâles et des femelles. Nous évaluerons les capacités du papillon à adapter ses comportements de recherche du partenaire ou du site de ponte aux changements de son environnement sensoriel. Pour tester l’hypothèse d’une adaptation à long terme du papillon aux futurs odorscapes, les effets d’une exposition précoce sur l’expression des gènes olfactifs dans les antennes seront étudiés.

Résultats

Caractérisation du potentiel d'émission de COV de cultivars de maïs et d’espèces voisines communes.
Mise en culture des plantes en conditions contrôlées et suiv des émissions volatiles.
Mesure des effets d'un arrière plan odorant simple sur la reconnaissance du signal phéromone par les neurones olfactifs de l'antenne et du cerveau de l'insecte.

Perspectives

Notre projet apportera une meilleure appréciation de la vulnérabilité aux changements environnementaux des échanges d’information entre organismes, des réponses adaptatives des plantes et des insectes vis-à-vis des facteurs de changement global, et de leurs conséquences sur le fonctionnement des agro-écosystèmes. Les résultats attendus assureront une meilleure capacité à prévoir l’évolution des agro-écosystèmes sous pression anthropique et auront des retombées pratiques compte tenu de l’utilisation des phéromones et odeurs de plantes comme méthodes alternatives à la lutte chimique contre les ravageurs.

Productions scientifiques et brevets

Dupuy F., Rouyar A, Deisig N, Bourgeois T, Limousin D, Wicke M-A, Anton S & Renou M (2017) A background of a volatile plant compound alters neural and behavioral responses to the sex pheromone blend in a moth. Frontiers in physiology. doi.org/10.3389/fphys.2017.00079.

Daussy J, Buatois B, Degueldre D, Staudt M. 2017. Screening of volatile emissions of a wide range of maize (Zea mays L.) genotypes: intraspecific variability and response to simulated biotic stress. JEF : Functional Ecology Conference, La Grande Motte, March 28-31. Poster.

Partenaires

CEFE CNRS UMR 5175 Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive

CEREEP-Ecotron IleDeFrance Centre de Recherches en ecologie Expérimentale et Prédictive

iEES-Ecosens Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement

iEES-IPE Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement

Aide de l'ANR 685 056 euros
Début et durée du projet scientifique novembre 2015 - 48 mois

Résumé de soumission

La végétation terrestre libère une grande diversité de composés organiques volatils (volatile plant compounds: VPCs) qui forment des environnements odorants complexes (odorscapes) et jouent un rôle majeur de signalisation dans les interactions entre organismes. Les insectes, notamment, extraient les signaux essentiels à leur reproduction de leurs odorscapes. La localisation du partenaire sexuel ou des plante hôtes reposent ainsi très largement sur la perception d’odeurs spécifiques grâce à un système olfactif spécialisé. Il est maintenant largement admis que les récepteurs olfactifs qui détectent ces sémiochimiques sont sensibles à l’arrière plan odorant. Face aux changements rapides de l’environnement dus à l’émission de gaz à effet de serre d’origine anthropique, les futurs paysages odorants des agro-écosystèmes vont dépendre très largement de la sensibilité des voies de production de VPCs par les plantes vis-à-vis des facteurs de changement global, agissant individuellement ou combinés. Cependant, les impacts de ces modifications prévisibles des odorscapes sur l’insecte n’ont jamais été évalués en détail. Dans ce contexte, notre projet vise 1) à évaluer quantitativement et qualitativement les effets des facteurs de changement global sur les voies métaboliques et les émissions de VPCs dans deux types d’agro-écosystèmes; 2) à analyser les effets de ces nouveaux environnements sensoriels sur la communication olfactive chez l’insecte phytophage au niveau des gènes olfactifs, du codage neuronal et du comportement d’orientation.
Les deux écosystèmes retenus sont caractéristiques de conditions climatiques présentes en France, à savoir: un climat tempéré sec (DT) et un climat tempéré humide (HT). Chacun sera représenté par une plante cultivée (maïs pour HT et DT), un arbre (peuplier pour HT, ou chêne pour DT) et une adventice, qui seront cultivés en conditions contrôlées et soumis à des niveaux de CO2, O3, sécheresse et élévation de température représentatifs du changement global sous nos climats. Les effets de ces facteurs de changement climatique global sur la nature et la quantité de VPCs émis par ces plantes ainsi que sur le fonctionnement des principales voies métaboliques des VPCs seront analysés. En parallèle, l’état physiologique des plantes traitées sera suivi par mesure du bilan hydrique et des échanges gazeux. Nous étudierons les effets des émissions volatiles provenant des HT et DT traités sur le choix d’un site de ponte par les femelles de papillons et les réponses à la phéromone sexuelle par les papillons mâles. Les émissions naturelles modifiant ces comportements seront analysées afin d’identifier leurs constituants actifs et de reconstituer des odorscapes synthétiques, HTO et DTO. Les effets sur le codage neuronal de l’information olfactive de l’exposition aux HTO et DTO reconstitués seront ensuite analysés au niveau de l’antenne et du cerveau des mâles et des femelles. Nous évaluerons les capacités du papillon à adapter ses comportements de recherche du partenaire ou du site de ponte aux changements de son environnement sensoriel. Pour tester l’hypothèse d’une adaptation à long terme du papillon aux futurs odorscapes, les effets d’une exposition précoce sur l’expression des gènes olfactifs dans les antennes seront étudiés.
Notre projet apportera une meilleure appréciation de la vulnérabilité aux changements environnementaux des échanges d’information entre organismes, des réponses adaptatives des plantes et des insectes vis-à-vis des facteurs de changement global, et de leurs conséquences sur le fonctionnement des agro-écosystèmes. Les résultats attendus assureront une meilleure capacité à prévoir l’évolution des agro-écosystèmes sous pression anthropique et auront des retombées pratiques compte tenu de l’utilisation des phéromones et odeurs de plantes comme méthodes alternatives à la lutte chimique contre les ravageurs.

 

Programme ANR : Comprendre et prévoir les évolutions de notre environnement (DS0101) 2015

Référence projet : ANR-15-CE02-0010

Coordinateur du projet :
Monsieur Michel Renou (Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement)

Site internet du projet : https://www6.inra.fr/odorscape/

 

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