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Rahier, Martine

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Rahier, Martine
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Professeure ordinaire
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Martine.Rahier@unine.ch
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https://libra.unine.ch/handle/123456789/99

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    Do induced responses mediate the ecological interactions between the specialist herbivores and phytopathogens of an alpine plant?
    (2011-5)
    Röder, Gregory 
    ;
    Rahier, Martine 
    ;
    Naisbit, Russell E
    Plants are not passive victims of the myriad attackers that rely on them for nutrition. They have a suite of physical and chemical defences, and are even able to take advantage of the enemies of their enemies. These strategies are often only deployed upon attack, so may lead to indirect interactions between herbivores and phytopathogens. In this study we test for induced responses in wild populations of an alpine plant (Adenostyles alliariae) that possesses constitutive chemical defence (pyrrolizidine alkaloids) and specialist natural enemies (two species of leaf beetle, Oreina elongata and Oreina cacaliae, and the phytopathogenic rust Uromyces cacaliae). Plants were induced in the field using chemical elicitors of the jasmonic acid (JA) and salicylic acid (SA) pathways and monitored for one month under natural conditions. There was evidence for induced resistance, with lower probability and later incidence of attack by beetles in JA-induced plants and of rust infection in SA-induced plants. We also demonstrate ecological cross-effects, with reduced fungal attack following JA-induction, and a cost of SA-induction arising from increased beetle attack. As a result, there is the potential for negative indirect effects of the beetles on the rust, while in the field the positive indirect effect of the rust on the beetles appears to be over-ridden by direct effects on plant nutritional quality. Such interactions resulting from induced susceptibility and resistance must be considered if we are to exploit plant defences for crop protection using hormone elicitors or constitutive expression. More generally, the fact that induced defences are even found in species that possess constitutively-expressed chemical defence suggests that they may be ubiquitous in higher plants.
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    Punishment and the emergence of public goods in a marine host-parasite
    (2011)
    Bshary, Andrea 
    ;
    Rahier, Martine 
    Cooperation in larger group is often more difficult to explain then cooperation in pairs. For humans it has been proposed that punishment plays a major role in stabilising individual contributions to group success (‘public goods’) but that claim remains contentious. The aim of this thesis was to gain understanding of a system in which both punishment and public goods may exist, and which can be studied both in nature and with an experimental setup in the laboratory. The interactions between victim reef fishes and parasitic sabre–tooth blennies that bite mucus and scales off other fishes provided a suitable study system.

    In the first of three manuscripts I described the natural history of this peculiar host–parasite complex. The blennies occupy small territories. Resident victim species that are constantly under threat of being bitten reacted aggressively to blenny attacks, while visiting species used their potential to escape further interactions by swimming off. Among residents, the probability of aggressive reactions to blenny attacks was negatively correlated to group size without dropping to zero. The latter results fitted a public goods scenario where benefits of acting decrease with increasing group size. In the second manuscript I could demonstrate that aggression by victims functions as punishment as it reduced the probability of future attacks by a blenny. Furthermore, field observations revealed that punishment creates a public good in locally abundant species as it increased the probability that blennies switched to a different victim species. Nevertheless, punishment appeared to be self–serving rather than altruistic because lab experiments suggested that blenny preferentially target non–punishing individuals. The third manuscript focussed more specifically on the blennies’ foraging decision rules. Overall, I documented that blennies may attack at preferred locations, that they may prefer abundant hosts, and that they may focus on specific non–punishing individuals. However, there was huge variation between individuals with respect to the relative importance of these factors, including the probability of switching victim species between subsequent attacks irrespective of victim responses. This variation may locally undermine the effectiveness of punishment, and may also sometimes create competition between conspecifics instead of a public good.

    In conclusion, the study demonstrates the existence of self–serving punishment in a parasite–host system. Public goods may emerge as a by–product of self–serving punishment due to the parasite’s foraging decision rules, which typically select against non punishing ‘free–riders’. How the observed variation in blenny decision rules may evolve and how victims should evolve their optimal responses in return would ideally be addressed in evolutionary game theoretic modelling, amenable to further empirical testing.
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    The phylogeography of an alpine leaf beetle: Divergence within i Oreina elongata spans several ice ages
    (2010)
    Borer, Matthias
    ;
    Alvarez, Nadir
    ;
    Buerki, Sven
    ;
    Margraf, Nicolas
    ;
    Rahier, Martine 
    ;
    Naisbit, Russell E
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    Multi-species phylogeographic investigations in closely-related taxa and mutualistic plant-insect systems
    (2010)
    Triponez, Yann
    ;
    Alvarez, Nadir
    ;
    Rahier, Martine 
    La phylogéographie se définit comme l’étude des processus historiques responsables de la distribution géographique actuelle des individus et des lignées génétiques. Etudier les espèces dans l’espace et dans le temps sur la base d’approches combinant la génétique et l’écologie représente un fantastique défi pour la biologie de l’évolution. En Europe, mais aussi ailleurs dans le monde, de telles approches ont été appliquées à de nombreux organismes, mais jusqu’ici la plupart de ces études n’ont toutefois été faites qu’au niveau d’espèces uniques. Le moment est donc venu de développer des études regroupant plusieurs espèces à la fois dans le domaine nouveau de la phylogéographie comparée, en utilisant par exemple des taxons très proches, ou alors des organismes interdépendants au sein de fortes interactions écologiques. Les espèces sélectionnées pour ce travail couvrent une large variété de groupes de plantes et d’insectes, tels que des coléoptères alpins, des orchidées de régions tempérées, ainsi que certaines espèces de plantes productrices d’huiles et d’abeilles mutualistes spécialisées dans la récolte de cette huile. Les méthodes d’analyses bio- et phylogéographiques permettant de dévoiler l’histoire des organismes étudiés associent des techniques de pointe telles que le séquençage génétique et le screening génomique, avec des descriptions et des modélisations de niches écologiques. Les principaux résultats obtenus confirment certains paradigmes mis en évidence jusqu’à présent, mais ils amènent également des notions nouvelles. Grâce à une approche globale, combinant les histoires évolutives de plusieurs lignées, les patrons biogéographiques d’une espèce en particulier peuvent être mieux compris en se basant sur les résultats obtenus parallèlement pour des taxons proches, ou pour des partenaires associés écologiquement. Les méthodes utilisées ici ont également permis de tirer des conclusions et d’entrevoir certaines perspectives au-delà de la phylogéographie ou de l’écologie évolutive : des considérations sur la diversité génétique, utiles en biologie de la conservation, ou des problèmes liés à la délimitation des espèces, applicables à la taxonomie, sont quelques uns des domaines additionnels (mais aussi complémentaires) que cette thèse aborde., Phylogeography is the study of historical processes responsible for the contemporary geographic distributions of individuals and gene lineages. Studying species in space and time combining ecology and genetics allows disentangling patterns at the boundary between biogeography, population genetics and evolutionary ecology. As until now in Europe (but also in a very large portion of the World) many organisms have been considered by singlespecies phylogeographic approaches, it is time to develop a multi-species approach in the nascent field of comparative phylogeography, either considering closely-related taxa or organisms involved in tight ecological interactions. In this study, the fate of several species spanning a large variety of insect and plant systems is investigated. Among them are found alpine leaf-beetles, temperate widespread orchids, and mutualistic oil-producing flowers and oil-collecting bees. The methods used to fulfil the bio- and phylogeographic analyses in order to unravel past histories of these associate organisms state-of-the-art methods in genetics and ecology, by combining gene sequencing and genome fingerprinting, with ecological descriptors and niche modelling. Main results obtained confirm several paradigms addressed in the field of classical phylogeography but also bring new insights into the broad picture of phylogeography of European organisms. Thanks to our multi-species approach, the biogeographic patterns of a particular species can be studied in a global framework, including results obtained for related taxa or ecologically associated partners. In addition, the methods used here allow inferring further conclusions and perspectives in other fields: for instance, evaluation of genetic diversity indices useful in conservation biology, or analytical elements about species delimitation applicable to taxonomy, represent some of the supplementary (but also complementary) topics addressed in this thesis.
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    Inferring reciprocal evolutionary histories in associated species of plants and insects in two european pollination systems
    (2010)
    Espíndola, María Anahí
    ;
    Alvarez, Nadir
    ;
    Rahier, Martine 
    ;
    Carstens, Bryan C.
    ;
    Després, Laurence
    ;
    Gibernau, Marc
    ;
    Gugerli, Felix
    ;
    Küpfer, Philippe 
    Coevolution is defined as reciprocal evolutionary changes that might arise at any spatiotemporal scale. Despite every organism on Earth undergoes coevolutionary interactions, cases of one-to-one specific relationships are generally rare. However, because of the reduced number of interacting species they concern, these species-specific associations are interesting to evolutionary biologists because they allow testing hypotheses in simple frameworks. Despite the history and evolution of coevolutionary interactions have been studied in several cases in the last decade, this topic remains difficult to fully circumscribe because of the multiplicity of factors that affect one or the other species concerned. Moreover, a lot is known about coevolution at a small scale, but little has been done at larger and more integrative scales spanning wider spatiotemporal ranges. Phylogeography is a young area of biology that allows understanding the distribution of lineages in space and time. Despite that the idea of parallely studying the history of species involved in specific interactions appears simple, this has rarely been done until now probably because of the technical efforts this would represent. From a theoretical point of view, we could propose that in specific interactions, because of the dependence between the partners involved, we should observe some phylogeographic pattern associated to the type of interaction studied. In this way, while partners of mutualistic interactions should present similar postglacial histories, this should not be true for those associated by antagonistic relationships. In this thesis, we exploit different techniques and approaches to test this general hypothesis. The final aim of this study is thus to understand if it is possible to identify a pattern of comparative phylogeography in relation to the type of interaction, using as case-studies two specific and obligate European interactions: the antagonistic relationship established between Arum maculatum L. (Araceae) and its Psychodid (Diptera) pollinating flies, and the nursery pollination mutualism involving Trollius europaeus L. (Ranunculaceae) and the Chiastocheta (Diptera: Anthomyiidae) species complex. Before testing our comparative phylogeographic hypotheses and because studying the phylogeography of interactions requires a wide knowledge of the environmental, taxonomic and historical frameworks in which these ecological relationships arose, it was first needed to clearly delimitate the identity of species, their distribution and the environmental factors influencing their survival to finally understand their comparative history. We thus took advantage of the potentialities that interdisciplinary approaches provide, applying molecular taxonomy, biological and evolutionary methods, biogeographic inferences, ecological niche models and hindcasting techniques, as well as classical and recently-developed phylogeographic analyses. Our results indicate that the phylogeographic patterns of these specific and obligate antagonistic and mutualistic relationships appear to be related to the type of interaction. Antagonistic partners presented incongruent phylogeographic patterns, what can be notably explained by differences in their life-history traits. Species involved in mutualistic interactions partly showed congruent phylogeographic patterns (particularly in the cases of T. europaeus and C. dentifera). Flies interacting with T. europaeus appear moreover to present different histories, regardless of their important ecological similarities. These results demonstrate that the systems studied appear to be far more complex than initially supposed, with crossed effects of environmental and historical features on the dynamics of the interaction. Because of the high complexity and interdependency of factors affecting one or the other partner, performing investigations in an interdisciplinary framework appears indispensable to disentangle the dynamics of interactions.
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    Phylogeography and biodiversity in an alpine leaf beetle genus
    (2009)
    Borer, Mattias
    ;
    Rahier, Martine 
    Des changements dans la conformation tectonique et orbitale de la terre (excentricité, obliquité et la précession) ont entraîné des oscillations récurrentes du climat pendant le Quaternaire. Ces oscillations ont fortement influencé le paysage génétique de la flore et de la faune contemporaines, notamment en ce qui concerne le continent Européen. Pendant les périodes glaciaires, l’extension de la glace et du permafrost ont forcé un grand nombre d’espèces à migrer ou à survivre dans des refuges au sud de l’Europe, alors que pendant les épisodes interglaciaires, ces espèces ont recolonisé le nord de l’Europe au fur et à mesure que la glace se rétractait. Si ces processus ont été largement étudiés chez les espèces tempérées de basse altitude (pour lesquelles différents paradigmes ont été établis), on connaît beaucoup moins l’influence de cette migration cyclique des populations chez les espèces arctiques ou de haute altitude. Pendant ma thèse, j’ai étudié la phylogéographie (c’est-à-dire l'étude des principes et processus qui gouvernent la distribution des lignées généalogiques) de quatre espèces de chrysomèles alpines du genre Oreina (caractérisé par des espèces présentant une grande variété de couleurs) afin de mettre en évidence le rôle joué par les oscillations climatiques du Quaternaire sur des taxons de haute altitude. J’ai utilisé différentes méthodes moléculaires comme le génotypage par AFLP (amplified fragment-length polymorphism) et le séquençage de marqueurs cytoplasmiques et nucléaires afin de reconstruire la phylogénie et l’histoire évolutive des lignées. J’ai tout d’abord abordé la phylogénie d’Oreina elongata, une espèce avec une distribution restreinte aux Alpes et aux Apennins. Les résultats montrent que seules trois des sept sous-espèces décrites ont formé des clades monophylétiques. Les clades basaux se trouvent dans les Alpes de Suisse centrale et en Italie du nord. En utilisant une horloge moléculaire calibrée sur la vitesse moyenne d’évolution des gènes mitochondriaux des insectes, j’ai montré que la séparation des clades majeurs au sein de cette espèce a eu lieu bien avant le dernier maximum glaciaire, il y a environ 5 Ma. Cela indique clairement qu’Oreina elongata a persisté à la périphérie ou même à l’intérieur des Alpes et des Apennins pendant plusieurs cycles glaciaires. Ensuite, j’ai analysé la phylogénie d’Oreina gloriosa, une espèce qui présente une distribution strictement restreinte aux Alpes. Les analyses ont permis de mettre en évidence une séparation en trois clades principaux: un dans les Alpes de l’ouest, un dans les Alpes centrales et un dans les Alpes de l’est. L’estimation des temps de divergence à l’aide de l’horloge moléculaire suggère que la séparation des trois clades majeurs a débuté il y a 0.5 Ma, ce qui peut être considéré comme récent, en regard des résultats précédents sur Oreina elongata. Ce résultat est confirmé par le fait qu’il n’y a aucune variation morphologique chez ce taxon, d’un bout à l’autre de son aire de distribution. Afin d’étudier les conséquences des oscillations climatiques sur les interactions trophiques, j’ai également comparé le patron obtenu pour Oreina gloriosa avec celui de sa plante-hôte exclusive, l’impératoire Peucedanum ostruthium, en inférant la structuration génétique spatiale des deux espèces à l’aide d’un génotypage par AFLP. Les résultats montrent une incongruence partielle dans l’histoire de ces deux espèces antagonistes, ce qui suggère que la plante et l’insecte n’ont pas systématiquement emprunté les mêmes voies de dispersion. Puis, je me suis intéressé aux espèces génétiquement proches, Oreina cacaliae et Oreina speciosissima, deux taxons qui se rencontrent fréquemment en sympatrie sur leur aire de distribution (englobant la plupart des massifs montagneux européens). Alors que l’analyse d’un marqueur nucléaire – de même que des critères morphologiques – séparent nettement les deux espèces, la phylogénie basée sur trois marqueurs mitochondriaux montre une paraphylie réciproque marquée des deux espèces. Ces résultats mettent cependant en évidence la monophylie de 10 parmi 12 sous-espèces échantillonnées. L’incongruence entre la morphologie et l’information nucléaire et mitochondriale peut être expliquée par l’hybridation des lignées, éventuellement en combinaison avec un polymorphisme ancestral important. J’ai par la suite analysé la phylogéographie de deux sous-espèces d’Oreina speciosissima, sur la base de trois marqueurs d’ADN mitochondriaux et d’un génotypage AFLP. Tandis que les marqueurs mitochondriaux n’ont démontré qu’un très faible niveau de variation, la phylogénie basée sur les AFLP a permis de mettre en évidence une structuration très fortement corrélée à l’écologie, et notamment au type d’habitat. Néanmoins, la présence de morphes intermédiaires à la base des clades des deux sous-espèces indique que la divergence entre ces deux sous-espèces n’est pas encore terminée. Enfin, dans un volet d’écologie comportementale, j’ai testé si la couleur pouvait être impliquée dans le choix du partenaire et si cela pouvait influencer les densités relatives des différentes couleurs au sein des populations d’Oreina gloriosa. Les résultats des expériences (au cours desquelles on a testé le choix du partenaire entre deux morphes de couleurs et d’origines populationnelles différentes) n’a pas permis de conclure à des différences significatives entre les différents types d’accouplements, et par conséquent à des préférences dans le choix du partenaire liées à la couleur. Finalement, on a réalisé une expérience de terrain pour tester si la sélection positive ″fréquence-dépendante″ des prédateurs est une force évolutive suffisante pour modifier les proportions des différentes couleurs au sein des populations d’Oreina gloriosa et maintenir le polymorphisme. Les résultats montrent que la survie du morphe le plus rare est significativement plus faible que celle du morphe le plus fréquent, indiquant par là que la prédation peut influencer le patron de coloration d’une population., Changes in tectonic conformation and orbital parameters of the Earth (eccentricity, obliquity and axial wobble) caused drastic climatic oscillations during the Quaternary. These oscillations strongly influenced the genetic landscape of the contemporary European flora and fauna. During cold periods the extending ice sheets and permafrost forced many temperate species to migrate into southern refugia. During interglacial periods these species recolonized northern Europe following the retreating ice shelf. The resulting patterns have been well demonstrated for temperate and lowland species, whereas much less is known about the effect on arctic or high altitude species. In my study we investigated the phylogeography of four alpine leaf beetles to uncover the influence of Quaternary climatic changes on high altitude species. We used AFLP (amplified fragment-length polymorphism) genotyping and single marker sequencing methods for the construction of phylogenies and the geographical distribution of lineages. In the phylogeny of Oreina elongate, a species restricted to the Alps and Apennines, only three out of seven described subspecies form monophyletic clades. The basal clades are found in the central Swiss Alps and northern Italy. Applying a molecular clock, we found that the split of the major clades occurred long before the last glacial maximum suggesting that O. elongate persisted for many glacial cycles within or at the edges of the Alps and Apennines. The phylogeny of O. gloriosa, a species with a uniquely alpine distribution, splits into three main clades, one in the western Alps, one in the central Alps (southern Switzerland) and one in the eastern Alps. The molecular clock estimates suggest that the divergence into the three main clades occurred 0.5 MYA and can be considered as recent, which concords with the lack of morphological variation across the distribution. The comparison of the phylogeography of Peucedanum ostruthium and its monophagous herbivore O. gloriosa based on AFLP genotyping suggests incongruence between the histories of these antagonistic species. Oreina cacaliae and O. speciosissimav are two closely related species occurring in sympatry and with ranges that cover most of the distribution of the genus. The analysis of a nuclear marker and morphological criteria clearly split the two species. The phylogeny of three mtDNA markers show paraphyly for both species but suggest that 10 out of 12 analysed subspecies are monophyletic. And incongruence between the makers may be a result of hybridisation or lineage sorting of the ancestral polymorphism. Further I analyzed the phylogeography of two subspecies within Oreina speciosissima based on three mtDNA markers and AFLP genotyping. The phylogeny of the mtDNA markers show very little structure whereas the AFLP phylogeny showed clear structure, strongly correlated with the ecology and particularly with the habitat. The presence of intermediate morphotypes at the base of both subspecies clades suggests that the divergence between these two subspecies is not yet complete. I tested if colour is involved in mate choice and could influence the colour pattern inO. gloriosa populations. Mate choice experiments between two colour morphs of O. gloriosa with origin in pure or mixed populations show no assortative mating and thus no preference for colour. Finally, we carried out a field experiment to test if positive frequency-dependent selection by predators drives O. gloriosa populations to monomorphism. The survival of the rare morph was significant lower than the survival of the common morph and thus suggests that predation can influence the population colour.
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    Compatibility of Bt-transgenic crops with biological control
    (2008)
    Lawo, Nora Caroline
    ;
    Rahier, Martine 
    ;
    Romeis, Jörg
    L’un des risques les plus largement débattus en matière de transgenèse réside dans l’impact potentiel des plantes génétiquement modifiées (GM) sur les organismes non ciblés. Les ennemis naturels des organismes nuisibles en font partie, car ils jouent un rôle majeur dans la régulation des ravageurs et ont donc une grande importance sur le plan économique. Avant de commercialiser une plante GM, il est donc nécessaire d’analyser sérieusement les risques d’effets secondaires pouvant toucher les organismes non ciblés et de choisir des espèces représentatives pour cette étude. Dans ce but, un réseau trophique simplifié des principaux ravageurs et de leurs ennemis naturels a été créé pour un champ de pois pigeons indiens (Cajanus cajan). En examinant par exemple un pois pigeon Bt qui exprime les protéines Cry1Ac et Cry2Ab produites par la bactérie du sol Bacillus thuringiensis, nous obtenons des indications sur les organismes qui devraient être considérés dans une analyse des risques. Etant donné que les protéines Bt ne sont actives qu’après leur ingestion, une méthode a été développée pour tester les effets toxiques directs sur la chrysope verte Chrysoperla carnea (Neuroptera: Chrysopidae), un insecte utile. Les larves ont été exposées à diverses protéines, dont la Cry1Ab et la Cry1Ac, dissoutes dans une solution de saccharose. Aucune des deux protéines Bt n’a eu d’effet négatif sur C. carnea, ce qui confirme les résultats d’autres études. En outre, l’effet direct du coton Bt sur l’herbivore non ciblé Aphis gossypii (Hemiptera: Aphididae) a été étudié. L’évolution des pucerons a été suivie sur trois variétés de cotons indiens exprimant la Cry1Ac et sur les variétés non transgéniques correspondantes. Nous avons également examiné si les aphidés absorbaient la protéine Bt présente dans la plante. Par ailleurs, la composition du sucre contenu dans le miellat des aphidés a été analysée pour savoir s’il convient à l’alimentation des consommateurs de miellat. Notre étude révèle que la Bt n’influe pas sur l’évolution des pucerons; seules de légères variations s’observent entre les variétés de coton, ce qui pourrait être dû aux différentes densités des poils glandulaires. Aucun des échantillons de pucerons ne contenait de la Bt. Toutefois, une variation a été constatée dans la composition nutritionnelle du miellat; elle est due à la transformation de la Bt et dépend de la variété. Des études antérieures avaient montré que les larves Bt perdaient de leur qualité nutritive, ce qui se répercute indirectement sur l’aptitude prédatrice des insectes utiles, comme les larves de la chrysope verte. Cette hypothèse a été vérifiée dans une étude sur le régime alimentaire de C. Carnea. L’insecte utile a été nourri de larves de Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) sensibles ou résistantes à la Cry1Ac et qui s’étaient alimentées auparavant sur un cotonnier Bt ou non transgénique. Un effet indirect a été constaté sur les larves de C. Carnea ayant consommé des chenilles sensibles à la Bt mais pas sur celles qui s’étaient nourries de chenilles résistantes à la Cry1Ac et qui avaient absorbé de la Bt auparavant. Des analyses biochimiques des compositions et des teneurs en glycogène, en lipide, en saccharose et en acide aminé ont été réalisées afin de déceler des différences dans les nutriments entre les sources de nourriture sensibles à la Cry1Ac et les autres résistantes à cette protéine. Hormis une différence significative dans la composition du saccharose chez des larves sensibles à la Bt, aucune modification n’a été constatée. Cette première évaluation des effets indirects nécessite des études complémentaires, car beaucoup d’autres substances nutritives ont leur importance dans l’alimentation des insectes. Etant donné que la technologie Bt n’offre pas une protection à 100% contre les lépidoptères nuisibles, il importe d’évaluer l’interaction entre les plantes Bt et la protection phytosanitaire biologique. Des études ont donc été réalisées à propos de la compatibilité entre des pois chiches (Cicer arietinum) exprimant la Cry2Aa, des larves de H. armigera résistantes ou sensibles à la Cry2A et le champignon entomopathogène Metarhizium anisopliae. Différents essais en laboratoire nous permettent de conclure que M. anisopliae, associé à des pois chiches Bt, obtiennent un taux de mortalité élevé parmi les ravageurs sensibles ou résistants à la Cry2A. En outre, il apparaît que la résistance à la Bt n’exerce aucun effet sur l’évolution des larves et que M. anisopliae a une meilleure efficacité sur des chenilles intoxiquées par la protéine Bt sublétale. En résumé, cette étude montre que les plantes Bt sont compatibles avec la protection biologique des organismes testés., One of the most widely discussed ecological effects of genetically engineered (GE) crops is their impact on non-target organisms including natural enemies that are important for pest regulation and thus of economic value. Prior to commercialization of a GE crop a detailed risk assessment for potential adverse effects on non-target organisms has to be conducted. Finding surrogate species is therefore of major importance. A simplified arthropod food web including the most important herbivores and their natural enemies for Indian pigeonpea was constructed. Using Bt pigeonpea, expressing Cry1Ac/Cry2Ab proteins derived from Bacillus thuringiensis (Bt) as an example, an indication of which organisms would need to be addressed in a regulatory risk assessment are given. Since Bt proteins are active only after ingestion, a dietary bioassay was developed to test direct toxic effects on the predator Chrysoperla carnea (Neuroptera: Chrysopidae). Larvae were exposed to different insecticidal proteins dissolved in a sucrose solution. Besides other insecticidal proteins, Cry1Ab and Cry1Ac proteins were tested. Neither did caused a negative effect on C. carnea, which is consistent with earlier studies. Further, the direct effect of Bt cotton was examined for the non-target herbivore Aphis gossypii (Hemiptera: Aphididae). Besides the evaluation of aphid performance on three Indian Bt cotton varieties (expressing Cry1Ac) and their non-transformed near-isolines, we investigated weather aphids pick up any Bt protein. Further, the sugar composition of aphid honeydew was analyzed to evaluate its suitability for honeydew-feeders. The studies revealed no influence on cotton aphid performance due to Bt-expression and only slight variation among varieties which could be explained by the different trichome densities. None of the aphid samples contained Bt protein. However, a variation in the nutritional balance of aphid honeydew was detected due to the factors “transformation” and “variety” but it remains unknown whether this shift is of ecological relevance. As previous studies suggest that Bt-fed lepidopteran pests can lower predator performance due to a reduced prey quality, studies were performed to investigate whether prey nutritional composition causes indirect (prey-quality mediated) effects on C. carnea. Conducting feeding studies with Bt and non-Bt fed Cry1Ac-resistant and susceptible Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) larvae, confirmed the observation of prey-quality mediated effects when the predator was fed with susceptible Bt-fed prey larvae but not when feeding on Bt-fed Cry1Ac-resistant lepidopterans. Biochemical analyses of the glycogen and lipid content as well as the amino acid and sugar content and composition were conducted aiming to detect differences in the nutrients between Cry1Ac-resistant and susceplible food sources. Except for a significant difference in the sugar composition of Bt-fed susceptible larvae, no shift could be detected. This was the first attempt to evaluate prey-quality mediated effects. However, other nutrients are important in insect nutrition, and therefore more studies are necessary. As the Bt technology does not provide 100% control against caterpillars, evaluation of the compatibility between Bt crops and biological control agents will be important. Therefore, bioassays were conducted to understand the interactions between a Cry2Aa-expressing chickpea line, either susceptible or Cry2A-resistant H. armigera larvae, and the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae. Different laboratory studies allowed the conclusion that M. anisopliae was compatible in controlling Cry2A-resistant and susceptible H. armigera larvae. Further, it appeared that the Bt resistance did not cause a fitness cost and that M. anisopliae had an enhanced effectiveness on sublethally Bt-affected caterpillars. Summarizing this thesis, it appeared that Bt crops are compatible with biological control for the organisms tested.
  • Publication
    Accès libre
    Coping with an antagonist: the impact of a phytopathogenic fungus on the development and behaviour of two species of alpine leaf beetle
    (2007)
    Röder, Gregory 
    ;
    Rahier, Martine 
    ;
    Naisbit, Russell. E.
    Herbivorous insects and phytopathogenic fungi often share their host plants. This creates a network of direct and indirect interactions, with far-reaching consequences for the ecology and evolution of all three parties. In the Alps, the leaf beetles Oreina elongata and Oreina cacaliae (Coleoptera: Chrysomelidae), and the rust fungus Uromyces cacaliae (Uredinales: Pucciniaceae) are found on the same host plant, Adenostyles alliariae (Asterales: Asteraceae). We compare the impact of rust infection on these two closely-related beetle species, one of which, O. cacaliae, is a specialist on A. alliariae, while the other, O. elongata, moves repeatedly between Adenostyles and an alternative host, Cirsium spinosissimum. Larval performance, feeding preference, oviposition choice and dispersal behaviour were studied in field and laboratory experiments. When reared on rust-infected leaves, larvae of both beetle species had lower growth rates, lower maximum weights and longer development times. Larvae and adults discriminated among diets in feeding trials, showing a preference for discs cut from healthy leaves over those bearing a patch of sporulating rust, those from elsewhere on an infected leaf, and those from an upper leaf on an infected plant. Females of the two species differed in behaviour: in O. cacaliae they favoured healthy leaves for larviposition, while in O. elongata they showed no significant preference during oviposition. In the field, larvae and adults of both species dispersed more rapidly when placed on infected host plants. The results demonstrate that rust infection reduces the quality of the plant as a host for both Oreina species, and they combine the ability to detect systemic infection with the evolution of evasive behaviours. For these beetles, competition with a rust clearly increases the difficulty of survival in the harsh conditions of alpine environments, and may have a profound impact on the evolution of their life history traits and host plant use.