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Guerin, Patrick
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Guerin, Patrick
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- PublicationOpen AccessRespiratory physiology and anthropophilic behavioural traits of the main malaria vector "Anopheles gambiae" Giles (Diptera: Culicidae)(2018)
Comprendre comment ce moustique échange les gaz respiratoires avec son environnement ou quel schéma respiratoire (SR) il utilise est fondamental, car on en sait très peu sur la physiologie respiratoire des insectes de petite taille. En tant que petit ectotherme et sachant que ce moustique est particulièrement dépendant de l’hématophagie pour répondre à ses besoins métaboliques de base, une meilleure compréhension des variations de son SR en fonction de sa taille et de la température est également importante. Pour ce faire, un système de respirométrie à flux continu a été poussé vers ses limites en termes de précision et de résolution temporelle, afin de résoudre le SR utilisé par An. gambiae. Au repos, le SR de An. gambiae est caractérisé par la répétition cyclique d’événements excrétoires de CO2 marqués, suivis de périodes d’émission plus basses. Les composantes sous-jacentes constituant le SR ont pu être identifiées et quantifiées. Ces dernières incluent : le taux métabolique au repos représente par le taux de production standard de CO2 au repos (sV̇CO2), la durée (Pint) et le taux d’émission de CO2 (iV̇CO2) entre les événements excrétoires de CO2 marqués, ainsi que la fréquence (F), le volume (Vb), l’amplitude (A) et la durée (Pb) de ces derniers. Sur l’intervalle de taille et de température expérimentés, sV̇CO2 varie d’un facteur de 10 (20 à 32°C, 0.9 à 2.3 mg, 0.6 à 6 μl CO2/heure). Une analyse par régressions multiples démontre une relation positive et isométrique de sV̇CO2 avec la taille et un Q10 apparent de 2.13 (pour une augmentation de 10°C, sV̇CO2 est plus que doublé). Sachant qu’un taux métabolique plus élevé imposé par l’environnement pourrait provoquer une recherche de ressources nutritionnelles accrue, voire un contact plus fréquent avec l’hôte, cette relation est un fondement important pour toute tentative de modélisation bottom-up des maladies transmises par les moustiques. La comparaison entre deux groupes d’âges distincts démontre un sV̇CO2 plus bas et mieux maîtrisé chez les An. gambiae plus âgés (6 jours), suggérant ainsi un âge optimal pour le contrôle du métabolisme. Les individus présentant un sV̇CO2 particulièrement bas, en plus de respirer de manière cyclique, respirent aussi de manière discontinue (échanges de gaz proche de 0 durant la période de basse émission). En activité, An. gambiae utilise un SR continu. Il est conclu que ce petit insecte est capable d’utiliser les 3 SR décrits à ce jour dans la littérature chez les insectes (SR continu, cyclique et cyclique/discontinu). Lors d’une augmentation de température, il est démontré que F module fortement le taux d’échanges gazeux en augmentant plus vite que le taux métabolique au repos. Ce découplage est compensé par une diminution de Vb, suggérant ainsi une diminution de la capacité tampon pour le CO2 dans l’hémolymphe lorsque la température augmente. F varie indépendamment de la masse corporelle, alors que Vb augmente de manière disproportionnée avec cette dernière, suggérant ainsi un volume trachéal relativement plus élevé chez les individus de plus grande taille. Si l’on tient compte de leur taille et de la variété de comportements que les moustiques sont capables d’entreprendre durant leur vie adulte, il est suggéré que la capacité d’utiliser divers SR peut être un avantage, afin d’adapter le schéma respiratoire à la demande métabolique imposée selon les circonstances rencontrées durant la vie adulte.
An. gambiae, en plus d’être anthropophile, montre même une préférence pour certains types d’humains. Il est connu que le mécanisme derrière ce comportement sélectif est médié par l’odeur émise par l’hôte. La seconde partie de cette thèse s’est donc concentrée sur l’identification de signaux chimiques émis par l’hôte potentiellement impliqués dans ce comportement sélectif. Pour ce faire, un paradigme expérimental intégrant une bonne évaluation du comportement dans des conditions expérimentales optimales a été développé et utilisé. Ce dernier comprend : i) une population test de moustiques adultes spécialement élevée et prête à rechercher un hôte, ii) un olfactomètre amélioré à deux ports permettant de mesurer l’intensité de la réponse chimioanémotaxique du moustique et sa capacité discriminative en redirigeant son vol vers l’une des deux odeurs sources présentées, iii) la présence inhérente de fluctuations de CO2 contrôlées afin de simuler la présence de deux hôtes potentiels et augmenter la sensitivité des moustiques et iv) des conditions de vol optimales (température, humidité et vitesse du vent).
Les fluctuations de CO2 ont pu être mesurées et reproduites de manière consistante dans les deux ports de l’olfactomètre. Cette stimulation a augmenté la réceptivité des moustiques à répondre à des odeurs. Des expériences conduites avec l’ajout d’acide lactique (une signature olfactive humaine d’origine eccrine) dans un des ports de l’olfactomètre confirment que ce compose volatile n’intensifie pas la réponse chimioanémotaxique de An. gambiae mais influence son comportement discriminant. Après avoir validé le paradigme expérimental avec l’acide lactique, ce dernier a été utilise pour évaluer la réponse du vecteur à des odeurs provenant de l’incubation de sueur mâle et femelle avec 3 espèces de bactéries peuplant l’aisselle humaine. Staphylococcus epidermidis a été choisi car il produit une odeur moins intense, alors que Corynebacterium jeikeium et Staphylococcus haemolyticus ont été choisi pour leurs contributions biologiques importantes dans la production d’une odeur axillaire intense. Ces deux dernières bactéries, par le biais d’une activité enzymatique spécifique et prononcée, libèrent respectivement des acides carboxyliques dont notamment le (R)/(S)-3-hydroxy-3-methylhexanoique acide (HMHA) et des composés volatiles soufrés tel que le (R)/(S)-3-methyl-3-sulfanylhexane-1-ol (MSH). Les expériences avec l’olfactomètre démontrent que les trois bactéries, de par leur action sur la sueur mâle ou femelle, libèrent des composés volatiles influençant le comportement aussi bien chimioanémotaxique que discriminant de An. gambiae. Si le vecteur n’a pas pu distinguer la sueur mâle de la sueur femelle stérile, l’action de chaque bactérie a rendu la sueur mâle plus attractive de manière consistante. L’action de Corynebacterium jeikeium a généré la réponse chimionanémotaxique la plus intense et a engendré la préférence la plus forte pour la sueur mâle. Les composés volatiles HMHA et MSH sont suspectés d’être propres à l’odeur humaine mais aucun des deux composés volatiles n’a généré de préférence telle que celle observée pour l’acide lactique. Il n’est cependant pas exclu que ces deux signaux chimiques influencent le comportement du moustique au moment où il approche l’hôte ou encore engendre une activation suivie d’un vol soutenu en direction de l’hôte à des distances plus éloignées., Anopheles gambiae Giles (An. gambiae) is the main vector of malaria. To fulfil metabolic demand An. gambiae is particularly dependent on blood feeding which is an important driving force of its strong vectorial capacity. It is therefore important to better understand how its metabolism scales with body size and, as an ectotherm, evaluate the thermal sensitivity of its metabolism. Meanwhile, understanding how respiratory gases are exchanged, which gas exchange pattern (GEP) is employed by An. gambiae is also of broader importance as little is known about the respiratory physiology of smaller insects. For this purpose a flow-through respirometer system was pushed to its limit in terms of both its precision and temporal resolution in order to fully resolve the GEP of resting female An. gambiae. The underlying components constituting the GEP could be identified and quantified, including: the standard CO2 production rate of resting An. gambiae (sV̇CO2) as a proxy for resting metabolic rate, the inter-burst CO2 emission rate (iV̇CO2) and duration (Pint), and CO2 burst frequency (F), duration (Pb), amplitude (A) and volume (Vb). Over the temperatures and body size ranges tested, sV̇CO2 varied over a 10-fold range (20 to 32°C, 0.9 to 2.3 mg, 0.6 to 6 μl CO2/hour). Multiple regression analysis demonstrates a positive and almost isometric scaling with living body mass and an apparent Q10 of 2.13, i.e. for a 10°C increment sV̇CO2 is more than doubled. Comparison of two age groups reveals lower and more controlled sV̇CO2 by older (6 days) An. gambiae, suggesting the existence of an optimum age for metabolic control. Considering that a higher metabolic demand imposed by the environment may enhance foraging and contact to hosts, these relationships provide an important foundation for bottomup modelling for diseases transmitted by mosquitoes.
At rest, the GEP of An. gambiae can be characterised by the cyclic repetition of CO2 bursts intercalated with inter-burst periods with a lower CO2 emission rate. Individuals presenting particularly low sV̇CO2 values exchange respiratory gases not only cyclically but also discontinuously (gas exchange is negligible during inter-burst periods). Disturbed An. gambiae presented a continuous GEP. It is concluded that An. gambiae uses all three GEPs described so far in the literature. With increasing temperature it is shown that F strongly modulates the gas exchange rate by increasing faster than sV̇CO2. This discrepancy is almost compensated by lower Vb values at higher temperature suggesting a decrease in the haemolymph buffering capacity for CO2 with increasing temperature. F is independent of body mass whereas Vb scales out of proportion with body size suggesting a relatively larger tracheal volume in bigger mosquitoes. Considering mosquito size and the wide panel of behaviours undertaken during adult life, it is suggested that the ability to employ various GEPs and modulating its components might be an advantage to adapt the respiratory gas exchange pattern used (discontinuous and cyclic to only cyclic and eventually to continuous) to metabolic demand depending on the situation encountered in adult life.
Another major contributor to the vectorial capacity of An. gambiae is its odour-mediated preference to bite humans over other vertebrate host and certain human types over others. The second part of the thesis focuses on the identification of potential infochemicals that may explain this odour-mediated anthropophilic and discriminative host seeking behaviour of An. gambiae. For this purpose an experimental paradigm integrating both a sound behavioural evaluation concepts and an appropriate testing environment is used. An improved dual-choice olfactometer that tests the host seeking behaviour of An. gambiae in the presence of continuous well-controlled intermittent CO2 stimulation is presented in both arm is developed. This background stimulation simulates the presence of two potential hosts whilst acting as a releaser of odour perception. Olfactometer tests with lactic acid, a human eccrine signature, added on one arm in the presence of CO2 pulses as sensitizer, confirm earlier findings that this infochemical not necessarily augments anemochemotactic upwind flight of the insect vector but influences the mosquito’s discriminative behaviour. After confirming the validity of the experimental paradigm it is used to evaluate the responses of An. gambiae to odours from human male and female axillary sweat incubated with 3 human axilla bacteria species. Staphylococcus epidermidis was selected for its low odour-producing pattern, Corynebacterium jeikeium for its strong Nα-acylglutamine aminoacylase activity liberating carboxylic acids including (R)/(S)-3-hydroxy-3-methylhexanoic acid (HMHA), and Staphylococcus haemolyticus for its capacity to liberate sulfur-containing compounds including (R)/(S)-3-methyl-3-sulfanylhexan-1-ol (MSH). It is demonstrated that An. gambiae is able to discriminate for the olfactometer arm conveying odour generated by incubating any of the three bacteria species with either male or female sweat. Whereas An. gambiae cannot discriminate between male and female sterile sweat samples in the olfactometer, the mosquito consistently shows a preference for male sweat over female sweat incubated with the same bacterium, independent of the species used as inoculum. Axillary sweat incubated with C. jeikeium rendered An. gambiae particularly responsive and this substrate elicited the strongest preference for male over female sweat. HMHA and MSH are suspected to be unique to human odour. It is shown that when tested on their own, neither HMHA nor MSH elicited a clear discriminating response but may affect human host approach by An. gambiae or enhance activation followed by sustained upwind flight over longer distances. - PublicationOpen AccessInvestigations on resting site preferences by the tsetse fly Glossina pallidipes (Diptera, Glossinidae) as a means of improving the efficacy of visual baits for tsetse population controlRésumé Les mouches tsétsés sont des insectes hématophages qu’on trouve en Afrique subsaharienne et dont les espèces sont classifiées en trois principaux groupes écologiques (riverain, savane et forêt). Les mouches tsétsés riveraines et de savane sont les vecteurs potentiels des trypanosomes, parasites qui causent la trypanosomiase (maladie du sommeil), à l’Homme et au bétail à travers leurs piqûres au cours leur repas sanguin. La trypanosomiase est une maladie tropicale négligée qui affecte la santé humaine et cause d’importantes pertes économiques. La réduction de la population des mouches tsétsés par l’utilisation des écrans visuels imprégnés d’insecticide (tissus bleus, noirs ou bleu‐noir) reste l’un des moyens efficaces pour lutter contre la maladie. La réduction des écrans visuels standards (1 m x 1 m) aux écrans de petites tailles (25 cm x 25 cm) sont des moyens effaces et bon marché pour contrôler la population des mouches tsétsés riveraines. Une telle réduction de taille des écrans visuels est inefficace contre les tsétsés de savane. L’objectif principal de cette thèse était de développer des appâts visuels efficaces, bon marché et standardisés qui permettent de contrôler les populations des mouches tsétsés. Le control et l’éradication des mouches tsétsés requièrent une solide connaissance de leur comportement et de leur écologie. J’ai d’abord exploré au laboratoire le comportement au repos de Glossina pallidipes qui est une mouche tsétsé de savane (groupe Morsitans). J’ai montré que (1) le fait de trouver une perche au‐dessus du sol est un comportement fondamental de survie chez G. pallidipes qui est capable de voler vers des sites de repos dans l'obscurité estimée à 10 fois plus bas que l'illumination pendant une nuit à ciel couvert et (2) le choix des sites de repos diurnes par les mouches est lié à leur résolution visuelle déterminée par leurs réponses optomotrices et par électrorétinographie. Ensuite, j'ai travaillé suivant l'hypothèse que les sites de repos horizontaux des mouches tsétsés (branches horizontales dans la nature) pourraient être des substrats d'atterrissage efficaces de ces mouches lorsqu'ils sont associés à des écrans visuels. Le comportement en vol et l'atterrissage de G. pallidipes sur des écrans visuels bidimensionnels et tridimensionnels dans une arène circulaire de vol libre et dans une chambre de vol confirment que G. pallidipes s’approche d'un objet visuel par le dessous et explore l'objet en volant autour de la partie inférieure de celui‐ci. Une barre en bois de 1.5 cm de diamètre recouverte d'un tissu mat noir et placé horizontalement à la base d'un écran carré bleu (25 cm x 25 cm) augmente les atterrissages de G. pallidipes de facteur 2 sur l’écran comparé à l’écran tout bleu dans la chambre de vol. L’écran bleu incorporant une barre noire à la base est prometteur d’un dispositif rentable à utiliser comme appâts visuels imprégnés d'insecticide pour contrôler la population des mouches tsétsés. Enfin, la question de la persistance de deltaméthrine, un insecticide de la classe des pyréthroïdes actuellement utilisé pour le contrôle des tsétsés, a été traitée. L'effet de l’exposition dans les conditions naturelles (Lambwe Valley, Kenya) sur la capacité de quatre différents textiles contenant des proportions croissantes (0, 35, 65 et 100%) de polyester et imprégnés de deltaméthrine a été évalué. Ces textiles ont été saturés d'une solution aqueuse de deltaméthrine à 1000 mg/m2 et ont été exposés au champ durant 18 mois. La toxicité sur G. pallidipes de ces textiles imprégnés de deltaméthrine et exposés au champ a été évaluée sur 24 heures après 45 secondes de contact de ces textiles avec les mouches. Seuls les textiles constitués de polyester à 65% et 100% étaient capables de tuer respectivement 47 et 67% de G. pallidipes après 9 mois d'exposition dans les conditions naturelles. Le textile à 100% polyester était encore capable de paralyser toutes les mouches après 18 mois d’exposition au champ. La dose létale de deltaméthrine pour tuer 50% (DL50) de G. pallidipes était estimée à 30 mg/m2 sur du papier buvard tandis que Le textile à 100% polyester conservait 17 mg/m2 après 9 mois d’exposition au champ et causait une mortalité de 67% chez les mouches soulignant l'influence du type de matériel sur la disponibilité de l’insecticide aux mouches tsétsés. Sur la base de l'ensemble des résultats de cette thèse, une perspective de recherche a été proposée pour la République centrafricaine qui abrite quatre foyers de trypanosomiase où la lutte contre les mouches tsétsés a longtemps été négligée.
- PublicationOpen Access“In vitro” feeding of ixodid ticks using a silicone membrane for testing effects of systemic acaricides on tick feeding and mortalityIxodid ticks are vectors of disease of humans and animals, worldwide. Use of acaricides is one of the most effective strategies for tick control, and a growing interest in recent years has focused specifically on the discovery of systemic acaricides for ticks. Systemic acaricides are those destined to be dosed in the blood of host animals, and designed to target ticks during the uptake of their bloodmeal. An earlier published study demonstrated the utility of feeding ticks in vitro on an artificial membrane for experimentally introducing systemic acaricides into ticks during the bloodmeal and to quantify their effects on tick mortality. The present thesis research had three aims: to describe a simplified method for producing artificial membranes on which to feed ixodid ticks in vitro; to compare the feeding behaviours of ixodid ticks fed in vitro and in vivo; and finally, to characterize and quantify the systemic effects of products from different acaricide classes on tick feeding behavior and mortality in vitro. Silicone membranes for in vitro feeding of ixodid ticks are traditionally custommade and manually produced to a specific thickness, which is dependent upon the hypostome length of the tick species or life stage being fed. In this study, a standardized method has been described for both preparing and manipulating the thickness of silicone membranes for in vitro feeding of ixodid ticks. Tick attachment and engorgement using these membranes was highly satisfactory for both Ixodes ricinus females and Amblyomma hebraeum nymphs. This method should permit production of standardized silicone membranes for olher tick species and life stages in the future. Little is known about the effects of feeding I. ricinus in vitro. This study shows that both I. ricinus females and A. hebraeum nymphs fed for a longer period of time before drop-off and attained a smaller engorged weight in vitro on bovine blood compared with ticks fed in vitro on steer. The daily increase in the partial engorged weight of I. ricinus females fed in vitro and in vivo diverged significantly after day 3, but was generally similar over the first three days of feeding. These results may have implications for any generalisations of findings obtained with in vitro feeding systems for ixodid ticks. The LD50 values of 12 compounds from five acaricide classes (macrocylic lactones [MLs], phenylpyrazoles, organophosphates, organochlorines, and isoxazolines) have been tested using I. ricinus females. The assay proved sensitive enough to detect significant differences in acaricide LD50 values both between and within acaricide classes. The MLs were demonstrated to have a significant dose-dependent inhibitory effect on the partial engorged weight attained by feeding ticks, whereas the inhibitory effect on feeding was not significant for the phenylpyrazoles, and the organophosphates significantly increased feeding by the ticks in vitro. Consistent effects on tick feeding were demonstrated across all acaricides tested from each class. The feeding assay permits standardized tests of the systemic activity of candidate acaricides for ixodid ticks in vitro. Les tiques de la famille des Ixodidés sont des vecteurs de maladies pouvant affecter l’homme ou les animaux partout dans le monde. Le contrôle chimique au moyen d’acaricides constitue l’une des méthodes de lutte les plus efficaces à l’encontre des tiques. Ces dernières années, un intérêt croissant pour la recherche dans ce domaine a permis la découverte d’acaricides systémiques contre les tiques. Un acaricide systémique est un produit conçu pour circuler dans le système vasculaire des animaux traités et affectant les tiques durant leur repas de sang. Une récente étude a démontré l’efficacité d’un système artificiel d’alimentation à travers une membrane artificielle permettant la quantification de la mortalité des tiques ayant ingéré différents acaricides systémiques durant un repas de sang in vitro. La présente thèse a donc 3 buts: décrire un système simplifié pour la production des membranes permettant le nourrissage des tiques, comparer le comportement alimentaire des tiques ixodidés nourries sur le sang bovins de façon in vitro ou in vivo et, finalement, caractériser et quantifier les effets de plusieurs produits appartenant à différentes classe d’acaricides sur le comportement alimentaire des tiques nourries sur le sang de bovins in vitro. Les membranes de silicone pour le nourrissage in vitrodes tiques ixodidés sont généralement faites sur mesure et manuellement de façon à obtenir une épaisseur adéquate en fonction de la longueur de l’hypostome de l’espèce et du stade de vie de la tique utilisée. Dans cette thèse, une méthode standard est décrite pour préparer et ajuster l’épaisseur des membranes de silicone pour le nourrissage des tiques ixodidés in vitro. L’attachement et l’engorgement des femelles Ixodes ricinus et des nymphes Amblyomma hebraeum sur ce type de membrane se sont avérés entièrement satisfaisants. Cette méthode devrait donc faciliter la production de membranes de silicone standardisées pour différentes espèces et stades de vie de tiques dans l’avenir. Les effets des conditions in vitro sur la nutrition d’I. ricinus sont encore peu connus. Dans cette thèse, je démontre que les femelles I. ricinus et les nymphes A. hebraeum se nourrissent durant une période de temps plus longue avant de se détacher et atteignent un poids d’engorgement plus faible sur le sang de bœuf in vitro que les tiques nourries directement sur des bœufs. La prise de poids journalière durant l’engorgement des femelles I. ricinus nourries diffère significativement après trois jours selon que les tiques sont nourries de façon in vitro ou in vivo, bien qu’elle soit similaire durant les trois premiers jours du repas de sang. Ces résultats pourraient avoir des implications pour la généralisation des résultats obtenus avec des tiques ixodidés nourries in vitro. Les doses létales 50 (DL50) pour 12 composés appartenant à cinq classes d’acaricides (lactones macrocycliques [LMs], phénylpyrazoles, organophosphates, organochlorines, et isoxazolines) ont été calculées pour les femelles I. ricinus. Le test s’est avéré être suffisamment sensible pour détecter des différences significatives entre les DL50 des acaricides, à la fois entre et au sein des différentes classes des produits. Dans cette thèse, je démontre que les LMs inhibent significativement l’engorgement des tiques en fonction de la dose au cours du repas sanguin. Cet effet inhibiteur n’est toutefois pas significatif pour les phénylpyrazoles, et les organophosphates augmentent même la quantité de sang ingérés par les tiques. Des effets consistants ont été trouvés entre tous les acaricides testés au sein de chaque classe, et ces effets corroborent le mode d’action moléculaire de chaque composé. Ce nourrissage in vitro permet de standardiser les tests pour évaluer l’activité d’acaricides potentiels contre les tiques ixodidés.
- PublicationOpen AccessThe behaviour of the tsetse fly Glossina pallidipes (Diptera, Glossinidae):: from host seeking to biting(2013)
Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à savoir comment l’haleine intervient dans le comportement de G. pallidipes. En effet, l’haleine est un mélange complexe de plus de 200 composés organiques volatiles (COV) qui proviennent en partie des échanges dans les poumons entre l’air inspiré et le sang. En quantifiant des phases comportementales aussi critiques que l’activation, l’anémotaxie optomotrice, la recherche locale autour d’une stimulation visuelle forte, nous montrons comment G. pallidipes répond à l’haleine dans une chambre de vol. De plus, nous démontrons que le CO2, une molécule constituante de l’haleine et connue pour attirer les mouches tsé-tsé ainsi que d’autres insectes haematophages, n’est pas entièrement responsable des réponses comportementales obtenues avec l’haleine. En effet, c’est la combinaison du CO2 avec les COVs de l’haleine qui induit le comportement de recherche d’hôte chez les tsé-tsé. Nos enregistrements d’électroantennogramme (EAG) et nos données comportementales révèlent que les constituants de l’haleine tels que l’acétone, les alcanes de C5-C10, l’isoprène et le geranylacétone, jouent un rôle dans le comportement de recherche de l’hôte chez G. pallidipes.
Nous démontrons en chambre de vol qu’une barre noire coiffée d’une sphère bleue est un stimulus déclenchant l’atterrissage chez G. pallidipes. De plus, le comportement d’atterrissage peut être modulé en changeant la taille de la barre et la taille ou la forme de l’objet qui coiffe la barre.
Finalement, nous démontrons que le système de refroidissement des mammifères induit la piqûre chez les tsé-tsé. En effet, l’humidité et la chaleur agissent d’une façon synergique pour induire la piqûre et influencent le temps de latence, la persistance à piquer et la dynamique d’un comportement aussi essentiel que la piqûre. En plus, nous avons pour la première fois identifié chez les tsé-tsé des neurones démontrant des propriétés hygroréceptives dans les sensilles basiconiques des palpes maxillaires., Tsetse flies are major vectors of African trypanosomes causing sleeping sickness in humans and nagana in cattle. These diseases are substantial burdens on human health and prosperity. One way to break the trypanosomes life-cycle is the control of tsetse populations using visual odour-baited trapping devices. A better understanding of how tsetse use visual and chemical cues to locate hosts could help to design even more efficient trapping devices. It is in this context that critical host seeking behaviours of G. pallidipes were investigated in a wind tunnel. These behaviours include fly activation, optomotor anemotaxis, approach flights to a visual target, local search flights around a visual stimulus, landing responses of the fly and its biting response.
I was interested in how a host odour emanation such as human breath intervenes in the host-seeking behaviour of G. pallidipes. Breath is a complex blend of more than 200 volatile organic compounds (VOCs) originating in part, from the exchange between air and blood in lungs. Quantifying critical behaviours such as activation, optomotor anemotaxis and local search flights around a blue sphere with a 3D tracking system in a wind tunnel allows us to understand how G. pallidipes responds to breath as an olfactory stimulus. Furthermore, I demonstrate how CO2, a constituent of breath known to attract tsetse and other blood-sucking insects, is not responsible on its own for the behavioural responses recorded for G. pallidipes to breath in the wind tunnel. In fact, CO2 combines with VOCs present in breath to elicit host-seeking behaviours in tsetse. Electroantennogram (EAG) recordings and the wind tunnel behavioural experiments reveal that breath constituents such as acetone, C5-C10 alkanes, isoprene and geranylacetone play a role in the host-seeking behaviour of G. pallidipes.
I demonstrate in the wind tunnel that an object such as a black column supporting a blue sphere can serve as a landing stimulus for G. pallidipes and that the fly’s landing behaviour can be modulated by changing the width of the column and the size or shape of the object it supports.
The manner in which tsetse exploit the cooling system of mammals to elicit their biting response was studied in a specially designed experimental set up. In this manner it could be demonstrated that simultaneous increases in the humidity and temperature of air act synergistically to induce biting in G. pallidipes. These combined physical stimuli influence the biting response latency, biting persistence and the dynamics of this fundamental behaviour. In addition, I report on neurones with hygroreceptive properties present in wall-pore sensilla on the maxillary palps of G. pallidipes that are probably implicated in biting behaviours. - PublicationOpen AccessAspects of the sensory physiology of the pollination of "Petunia axillaris" and mating in moth pests(2013)
; Les composés produits par les plantes ont un impact important dans plusieurs aspects de la biologie de nombreux insectes et les plantes sont une source de nourriture particulièrement importante. A l’état adulte, les insectes utilisent ces messages chimiques pour identifier et localiser une source de nourriture qui leur convient. La spécificité de la plante est aussi cruciale pour le bon développement des larves peu mobiles. Le choix du lieu de ponte est donc important pour la survie de la progéniture et est également grandement déterminé par l’odeur spécifique des plantes hôtes. Il a aussi été prouvé que le comportement sexuel des insectes est influencé par les odeurs de plante hôte en augmentant la sensibilité des mâles aux phéromones sexuelles.
Petunia est un genre de plante particulièrement intéressant pour étudier le rôle des caractères floraux dans la spéciation, car toutes les espèces connues sont capables de se croiser artificiellement. Toutefois, l’hybridation sur le terrain reste rare. L’isolation reproductive est alors assurée par l’attraction sélective des pollinisateurs. Il existe chez Petunia trois syndromes de pollinisation distincts correspondant à autant de guildes de pollinisateurs : abeilles, sphingidés ou colibris. P. axillaris attire Manduca sexta, un sphingidé, en produisant une puissante odeur. En revanche, P. exserta qui est pollinisé par des colibris ne relâche aucune odeur. Le croisement de ces deux espèces permet d’étudier la base génétique de l’évolution du parfum chez Petunia et son importance dans la préférence de butinage de M. sexta. Nous avons caractérisé le parfum de P. axillaris et confirmé que P. exserta ne produisait pas d’odeur. Nous avons montré que M. sexta est très sensible à ces composés, particulièrement au methyl benzoate, benzyl alcohol et méthyl salicylate de P. axillaris. Finalement, nous avons observé par le comportement en chambre de vol que les plantes produisant des odeurs étaient toujours préférées, quel que soit la couleur de la fleur. Nous en avons déduit que la production de parfum et un trait floral déterminant dans la relation plante-insecte et que ce trait peut à lui seul changer la préférence de butinage de M. sexta. Les conséquences de ces résultats sur la spéciation chez Petunia sont discutées.
Chez les insectes l’attraction spécifique par certaines odeurs est en grande partie modulée par la présence de nourriture. Nous nous sommes intéressés à la perception de M. sexta aux différents nutriments énergétiques essentiels que sont les sucres. Après avoir caractérisé les sensilles gustatives de son proboscis, nous avons mesuré la réponse neuronale des sensilles styloconiques et basiconiques au glucose, fructose et sucrose. Pour les deux types sensillaires, la réponse au fructose est légèrement plus intense qu’au sucrose alors que celle au glucose est imperceptible à la dose testée. Parallèlement, la préférence de nourrissage du papillon a été évaluée en choix binaires. Il en découle que les papillons préfèrent se nourrir de sucrose ou de fructose par rapport au glucose. De plus il parvient à détecter de faible concentration de sucrose et préfère se nourrir sur les solutions les plus concentrées. Finalement, il semble que le volume de solution de sucrose soit déterminé par sa concentration. La préférence comportementale pour ces sucres est bien corrélée avec leur perception neuronale.
Le ver de la grappe, Lobesia botrana, et le ver de la pomme, Cydia pomonella, sont tous deux de très importants insectes ravageurs des cultures à l’échelle de la planète. Sans mesures de contrôle adéquates, les pertes financières sur les cultures peuvent être considérables. La confusion sexuelle est une méthode spécifique de lutte utilisant la phéromone sexuelle pour attirer les mâles vers des leurres et ainsi diminuer les probabilités d’accouplement. Utiliser des produits de plantes hôtes pour améliorer l’attraction des mâles par les phéromones sexuelles présente une possibilité intéressante. Nous avons mesuré l’attraction des mâles de L. botrana à différent doses d’heptane ou d’octane en combinaison avec une concentration sous-dosée de phéromone. Alors que l’attractivité du mélange augmente avec la dose pour les deux produits, nous obtenons une proportion maximale de papillons arrivant à la source avec 10 ng/min d’alcane relâché avec la phéromone, un niveau d’attraction comparable avec celui obtenu avec des phéromones directement relâché avec des femelles. Alors que ces alcanes sont inactifs seuls, la phéromone directement dilué dans l’heptane induit non seulement autant de contact avec la source qu’avec un solvant classique, mais recrute plus de papillons dans les premières phases d’attraction. Un autre composé de plante, le 2-phénylethanol augmente également l’attraction de la phéromone lorsqu’il est relâché à 100 pg/min. De plus, lorsque l’un de ces composés de plante est ajouté à la phéromone, le temps que met le papillon pour atteindre la source est réduit de moitié. Tous ces résultats sont confirmés également chez C. pomonella. Le large spectre de concentrations où ces alcanes sont actifs chez ces deux espèces offre un outil prometteur pour améliorer le contrôle des populations sur le terrain en utilisant la confusion sexuelle.
Au travers de cette thèse, nous avons étudié les interactions plantes-insectes sous plusieurs facettes. Nous avons montré comment une plante arrive à manipuler un pollinisateur pour parvenir à se reproduire, ou comment un papillon utilise les stimuli chimiques d’une plante pour se nourrir. Nous avons également démontré que certaines odeurs de plantes amélioraient les chances des papillons mâles à trouver une femelle., Compounds produced by plants have an important impact on many aspects of the biology of insects from whom plants are a particularly important source of food. As an adult, insects use chemical messages to identify and locate a suitable food source. The specificity of the host plant relationship is also crucial for healthy development of larvae. The choice of oviposition site is determinant for the survival of offsprings and is largely selected by the specific array of host plants stimuli. It has also been shown that the sexual behaviour of insects is influenced by host plant odours by increasing the sensitivity of males to sex pheromones of females.
The genus Petunia is particularly interesting to study the role of floral traits in speciation because all the known species are artificially crossable. However, hybridization in the field is rare as the reproductive isolation is provided by the selective attraction of pollinators. Three distinct pollination syndromes have emerged in Petunia, corresponding to as many guilds of pollinators: bees, hummingbirds or hawkmoths. P. axillaris attracts hawkmoths such as Manduca sexta, a Sphingidae, by releasing a strong sweet odour. In contrast, P. exserta which is pollinated by hummingbirds is devoid of scent. Crossings between these two species were exploited here to study the genetic basis of the evolution of fragrance in Petunia and its importance in foraging preferences of M. sexta. We characterized the scent of P. axillaris and confirmed that P. exserta produces no odour. We show that the antennal olfactory receptor cells of M. sexta is very sensitive to the compounds released by P. axillaris, especially methyl benzoate, benzyl alcohol and methyl salicylate. Finally, we observed through choice tests in a wind tunnel that plants producing odours were always preferred, regardless of the colour of the flower. We conclude that the production of fragrance is an important floral trait in this plant-insect relationship and that this feature alone can modify the foraging preference of M. sexta. The implications of these findings on speciation processes in Petunia are discussed.
In insects specific attraction by odours is largely modulated by the presence of food. We were interested in the perception of different essential energy nutrients including nectar sugars by M. sexta. We have characterized the taste sensilla on the proboscis and measured the neural response of the gustatory receptor cells of styloconic and basiconic sensilla to glucose, fructose and sucrose. For both sensillar types, the response to fructose is slightly stronger than to sucrose while glucose was not detected at the dose tested. Meanwhile, the feeding preference of the moth was assessed through binary choices experiments. It turns out that the M. sexta prefers to feed on sucrose or fructose compared to glucose. In addition, it can detect low concentrations of sucrose and prefers to feed on the most concentrated solutions. Finally, it seems that the volume of sucrose solution imbibed is determined by its concentration. Behavioural preferences by M. sexta for these sugars correlate well with their mouthpart sensory cell responses.
The European grapevine moth, Lobesia botrana, and the codling moth, Cydia pomonella, are both very important worldwide insect pests. Without adequate control, fruit damage can be important and the arising financial losses substantial. Mating disruption is a specific control method using the female sex pheromone to attract males to lures and thus reduce their chances of mating. The use of host plant volatiles to improve the attractiveness of males to sex pheromones presents an interesting possibility to improve the mating disruption control method. We measured the attraction of male L. botrana to different doses of heptane and octane in combination with the underdosed sex pheromone. While the attractiveness of the mixture increases with dose for both products, a maximum number of males arrive at the source with a release rate of 10 ng/min of the alkanes released with the pheromone. This level of attraction is comparable with that obtained with the sex pheromones released directly from calling females. While the alkanes are inactive on their own, the pheromone diluted directly in heptane induces not only contact to the source no different to the control, but recruits more moths in the early stages of flight. Another plant compound, 2-phenylethanol also increases the attraction of the underdosed L. botrana sex pheromone to males when released at 100 pg/min. In addition, when one of these plant compounds is added to the pheromone, the time needed to reach the source is halved in L. botrana. The findings with these plant compounds were confirmed in C. pomonella. The wide range of concentrations over which these alkanes are active in both species provides a promising mean to improve control of field populations using mating disruption.
Throughout this thesis we studied plant-insect interactions from different angles. We have shown how a plant can manipulate a pollinator to achieve pollination, alternatively, how a moth selects plant stimuli to cover its energy needs. We have also shown that hitherto unstudied plant volatiles improved the chances of male moths to encounter females. - PublicationOpen Access
- PublicationOpen AccessTsetse fly responses to volatile plant compounds(2012)
Les mouches tsé-tsé détectent les hôtes à proximité à l’aide de repères visuels, dont le contraste, la forme et la couleur, et de signaux olfactifs à distance. Comme elles sont ovovivipares, la dynamique de population des mouches tsé-tsé est caractérisée par un taux de croissance faible. Des pièges et cibles appâtés peuvent ainsi épuiser une population en quelques années seulement. Les stimulants olfactifs principalement utilisés dans les pièges sur le terrain contre les mouches tsé-tsé sont l’1-octène-3-ol, le 3-n-propylephénol, le p-crésol et de l’acétone.
Les plantes fournissent aux mouches tsé-tsé non seulement habitat et refuge, mais en plus elles offrent des endroits protégés du soleil pour la larviposition aux femelles. La faculté naturelle des mouches pour trouver une couverture adaptée sous la végétation n’a attiré que peu d’attention. Tenant compte du rôle des sites de repos péridomestiques, il est important de considérer les produits chimiques volatils dérivés de plantes pour le développement de nouveaux pièges appâtés pour attirer toutes les tsé-tsé des 3 sous-genres. Il est possible que les mouches tsé-tsé font un usage parcimonieux de chimiostimuli (par exemple 1-octène-3-ol qui est présent dans les odeurs d’hôte autant que les substances volatiles de plantes) pour trouver hôte ou abris sous les plantes.
En utilisant l’electroantennographie, les réponses sensorielles aux produits volatils couramment trouvés dans les plantes ainsi qu’aux odeurs d’hôtes ont été enregistrées chez des mouches tsé-tsé des trois habitats africains. Les produits comprennent des monoterpènes, des sesquiterpènes et des C6-alcohols et aldehydes (GLVs). Nous avons démontré que les espèces de glossines des trois habitats africains perçoivent les composants végétaux volatils d’une manière similaire, dont plusieurs à des seuils de détection similaires à l’1-octène-3-ol. Pour les études comportementales, la L-térébenthine est particulièrement interéssante, car il s’agit d’un mélange de terpènes simples avec un seuil de détection bas, avec le limonène et l’α-pinène comme composants principaux, accompagnés de monoterpène ocimène et d’aromatiques p-cymène. La L-térébenthine est relativement facile à obtenir, peu coûteuse et peut être produite directement en Afrique.
Les mouches tsé-tsé ayant un vol rapide, nous avons filmé les réactions des G. pallidipes, G. brevipalpis et G. swynnertoni dans une soufflerie en utilisant un système d’enregistrement 3D. En combinant l’effet de sensibilisation du CO2 avec les composés d’essai, nous avons pu augmenter le nombre de mouches activées par dix et donc détecter des différences dans les réponses comportementales des mouches tsé-tsé aux traitements. Nos résultats montrent que les mouches tsé-tsé répondent à une série de composants végétaux simples et à leurs mélanges. Les composants de plantes individuels avec le meilleur potentiel d’activation parmi les composants testés étaient le S-(-)-limonène et le p-cymène. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un mélange monoterpène comprenant la L-térébenthine montrant un très bon effet activateur sur G. pallidipes, G. swynnertoni et G. brevipalpis induisant également beaucoup de mouches à effectuer une recherche locale à l’extrémité de la chambre de vol. À la dose optimale testée (10 μg /min), la L-térébenthine était comparable à l’haleine humaine en termes d’activation et d’induction de comportement de recherche locale par G. pallidipes et G. swynnertoni. Dans notre étude, nous n’avons constaté aucune différence entre les réactions comportementales des mâles et des femelles G. pallidipes à l’haleine humaine, le CO2 présenté seul et au l’1-octène-3-ol, des produits généralement associés à des hôtes, mais nous pouvions détecter des différences entre les réactions comportementales des mâles et des femelles à des composants volatils de plantes (limonène, le p-cymène et L-térébenthine). Comme les G. brevipalpis sur le part de pondre répondaient seulement à la L-térébenthine mais pas à l’haleine humaine on pourrait spéculer que les composants volatils de plantes non seulement transportent des informations sur les hôtes, mais indiquent aussi des sites de larviposition ou de repos, qui sont d’une importance plus grande pour les femelles en raison de leur plus grands besoins énergétiques en vol comparé aux mâles.
Pour évaluer si les composants volatils de plantes pouvaient être utiles sur le terrain, à savoir accroître l’attractivité des pièges ou des cibles, nous avons testé si les composants de plantes attiraient les mouches tsé-tsé vers une cible visuelle et nous avons donc introduit une sphère bleue phthalogène dans la soufflerie pour tester à la fois des stimuli visuels et olfactifs. Nous avons montré que la L-térébenthine en présence de CO2 augmente le temps et la distance passés en vol autour d’une cible et affecte également la hauteur relative de vol vers la cible et lors de la recherche locale autour d’elle. En présence de L-térébenthine, le vol vers la cible a été plus orienté qu’ avec le CO2 seul et la recherche locale a eu lieu à une plus faible altitude.
Les résultats présentés dans cette thèse montrent que les mouches tsé-tsé non seulement perçoivent des composants volatils de plantes, mais que ces vecteurs de maladie, en particulier les femelles, sont attirés par les terpènes et les mélanges de terpènes simples présentés avec et sans cible visuelle à des concentrations de 1000 à 10’000 fois inférieures au niveau de CO2 naturel. De manière générale, ce travail suggère que les composants volatils de plantes sont prometteurs quant é leur intégration dans les techniques de contrôles sémiochimiques pour les mouches tsé-tsé., Tsetse flies (Diptera, Glossinidae) constitute 31 species and subspecies divided into three subgenera. They are currently confined in sub-Saharan Africa and occupy three preferred habitats: savannah, riverine zones and forest. Both sexes are strictly haematophagous and can transmit during their blood meal trypanosomiasis which causes sleeping sickness in humans and Nagana in animals. It is estimated that about 60 million people and 50 million cattle are continuously at risk in 20 African countries resulting in enormous economic losses.
Tsetse flies locate hosts using visual cues including contrast, shape and colour at short range, and olfactory cues at a distance. Tsetse fly population dynamic is characterised by a slow intrinsic growth rate as they are ovoviviparous, so visual baited traps and targets can deplete a population in only a few years. The major olfactory stimulants used in field traps to control tsetse flies are 1-octen-3-ol, 3-n-propylphenol, p-cresol and acetone.
Plants not only provide the habitat and shelter for tsetse flies but also provide females with sunlight-protected places for larviposition. Little attention has been paid to the flies’ propensity for finding suitable cover under vegetation. Keeping in mind the role of peridomestic resting sites, it is important to consider volatile chemicals derived from plants for the development of new odour-baited traps to attract tsetse from all 3 subgenera. It is possible that the tsetse flies make parsimonious use of chemostimuli (e.g. 1-octen-3-ol present in both host odours and plant volatiles) for host finding and shelter under plants.
Sensory responses of tsetse flies from all three African habitats to volatile products commonly found in plants as well as host odours were recorded using the electroantennogram techniques. Products included monoterpenes, sesquiterpenes and green-leaf volatiles. We have shown, that tsetse species from all three African habitats perceive volatile plant compounds in a similar manner, several at detection thresholds similar to 1-octen-3-ol. Of main interest for behavioural studies is L-turpentine, as it is a simple terpene mixture with a low detection threshold, with limonene and α-pinene as main components , along with the monoterpene ocimene and aromatic p-cymene, and it is relatively easily obtained, inexpensive and can be produced directly in Africa.
Tsetse flies are fast flyers, so we filmed the responses of G. pallidipes, G. brevipalpis and G. swynnertoni in the wind tunnel using a 3D recording system. By combining the sensitising effect of CO2 with the test compounds we were able to increase the number of activated flies by tenfold and were therefore able to detect differences in the behavioural responses of tsetse flies to treatments. Our results show that tsetse flies respond to a series of single plant compounds and their mixtures. The single plant compounds tested with the best activation potential were S-(-)-limonene and p-cymene. The best results were achieved with the monoterpene mixture comprising L-turpentine showing a very good activating effect on G. pallidipes, G. swynnertoni and G. brevipalpis and also inducing many flies to perform a local search at the upwind end of the wind tunnel. At the optimal dose tested (10μg/min) L-turpentine was comparable to human breath in terms of activating and inducing local search behaviour by G. pallidipes and G. swynnertoni. In our study we found no differences in behavioural responses of male and female G. pallidipes to human breath, CO2 alone and 1-octen-3-ol, products usually associated with hosts, but we could detect differences in behavioural responses of males and females to volatile plant compounds (limonene, p-cymene and L-turpentine). As pregnant G. brevipalpis responded only to L-turpentine but not human breath one could speculate that volatile plant compounds not only carry information about hosts, but also indicate larviposition or resting sites, both of which are of greater importance for females due to the higher energy demands of flying than for males.
To assess whether volatile plant compounds could be of use in the flied, i.e. increasing trap and target encounters, we tested if plant compounds attract tsetse flies to a target and therefore introduced a phthalogen blue sphere into the wind tunnel to test combined visual and olfactory stimuli. We showed that L-turpentine in the presence of CO2 increases the time and distance spent flying around a target and also affects the relative hight of flight to the target and of the local search at the target. With L-turpentine presented, flight to the target was more directed than with CO2 alone and the local search around the sphere was lower in elevation.
The results presented in this thesis show that tsetse flies not only perceive volatile plant compounds, but that these vectors of disease, especially females, are attracted by terpenes and simple terpene mixtures presented with and without a visual target at amounts 1000 to 10’000 times lower than background CO2 levels. Overall this work suggests that volatile plant compounds hold promise for integration into semiochemicalbased control techniques for tsetse flies., Tsetse-Fliegen (Diptera, Glossinidae) unterteilen sich in 31 Arten und Unterarten, welche in drei Untergattungen eingeteilt werden. Ihre Verbreitung ist zur Zeit auf ein Gebiet südlich der Sahara begrenzt, wo sie drei bevorzugte Habitate besiedeln: Savanne, Uferzonen von Flüssen und Seen sowie Waldregionen. Beide Geschlechter sind rein haematophag und können während ihrer Blutmahlzeit Trypanosomen übertragen, welche bei Menschen die Schlafkrankheit und bei Tieren Nagana auslösen. Geschätzte 60 Millionen Menschen und 50 Millionen Tiere sind in den 20 betroffenen afrikanischen Ländern ständig in Infektionsgefahr, was zu enormen ökonomischen Verlusten führt.
Auf kurze Distanz finden Tsetse-Fliegen ihre Wirte durch visuelle Signale wie Kontrast, Form und Farbe und auf längere Distanz durch olfaktorische Stimuli. Bedingt durch ihren Ovoviviparismus ist die Populationsdynamik der Tsetse-Fliegen durch ein langsames intrinsisches Wachstum charakterisiert, wodurch Kontrollmassnahmen eine Population in wenigen Jahren auslöschen können. Die wichtigsten in Fallen verwendeten Köder sind 1-Octen-3-ol, 3-n-Propylphenol, p-Cresol und Aceton.
Pflanzen stellen nicht nur die Lebensräume und Verstecke für die Tsetse-Fliegen, sondern dienen den Weibchen auch als sonnengeschützte Ablageplätze für ihre Larven. Bisher wurde der Fähigkeit der Fliegen Unterschlüpfe unter der Vegatation zu finden, wenig Beachtung entgegengebracht. Berücksichtigt man die Rolle der hausnahen Ruheplätze, müssen flüchtige Pflanzenstoffe für die Entwicklung neuer Köder zum Anlocken der Tsetse-Arten aus allen drei Untergattungen betrachtet werden. Möglicherweise erlaubt die sparsame Benutzung von Chemostimuli (wie z. B. 1-Octen-3-ol, welches Bestandteil von Wirt- und Pflanzendüften ist) den Tsetse-Fliegen Wirte wie auch Verstecke unter Pflanzen zu finden.
Anhand von Elektroantennogrammen wurden die sensoriellen Antworten auf flüchtige Produkte, welche üblicherweise in Pflanzen und Wirten vorhanden sind, bei Tsetse- Fliegen aus allen drei Habitatstypen gemessen. Zu den Produkten gehörten Monoterpene, Sesquiterpene und Grün-Blattduftstoffe (GLVs). Wir konnten zeigen, dass Tsetse- Arten aus allen afrikanischen Habitaten flüchtige Pflanzenstoffe in ähnlicherWeise wahrnehmen. Einige dieser Produkte weisen eine ähnlich tiefe Detektionsschwelle auf wie 1-Octen-3-ol. Von speziellem Interesse für die Verhaltensstudien ist L-Terpentin, eine einfache Mischung aus Terpenen mit einer niedrigen Detektionsschwelle. Seine Hauptbestandteile sind Limonen und α-Pinen mit dem Monoterpen Ocimen und dem Aromaten p-Cymen. Zu seinen Vorteilen gehört, dass es relativ einfach und günstig direkt in Afrika produziert werden kann.
Da Tsetse-Fliegen sehr schnelle Flieger sind, filmten wir das Verhalten von G. pallidipes, G. brevipalpis und G. swynnertoni mit einem 3D-Aufnahmeverfahren in einem Windkanal. Indem wir den Sensibilisierungseffekt von CO2 mit den Testprodukten kombinierten, konnten wir die Anzahl der aktivierten Fliegen um ein zehnfaches erhöhen, und so Unterschiede in ihrem Verhalten auf Behandlungen feststellen. Unsere Resultate zeigen, dass Tsetse-Fliegen auf eine Reihe von flüchtigen Pflanzenstoffen sowie ihren Mischungen reagieren. Die einfachen Pflanzenprokdukte mit dem grössten Aktivierungspotential waren S-(-)-Limonen und p-Cymen. Die besten Resultate in Bezug auf Aktivierung, Flug- und Suchverhalten am Ende desWindkanals von G. pallidipes, G. brevipalpis und G. swynnertoni wurden mit der Monoterpenmischung L-Terpentin erhalten. Die Wirkung von L-Terpentin in seiner optimalen getesteten Dosis (10μg /min) war in Bezug auf sein Aktivierungspotential und als Auslöser des Suchverhaltens am Ende des Windkanals von G. pallidipes und G. swynnertoni vergleichbar mit der Wirkung menschlichen Atems.
In unserer Untersuchung wurden keine Unterschiede im Verhalten von männlichen und weiblichen Fliegen bei menschlichem Atem, CO2 und 1-Octen-3-ol, also Produkten, die normalerweise mit denWirten in Verbindung gebracht werden, festgestellt. Jedoch konnten Unterschiede in ihrem Verhalten zu flüchtigen Pflanzenstoffen (Limonen, p-Cymen und L-Terpentin) festgestellt werden. Da tragende G. brevipalpis auf L-Terpentin, nicht jedoch auf menschlichen Atem reagierten, könnte spekuliert werden, dass flüchtige Pflanzenstoffe nicht nur Informationen zu Wirten, sondern auch zu Larvablege- und Ruheplätzen tragen. Diese beiden Informationen sind für tragende Weibchen aufgrund ihres grösseren Energieverbrauchs beim Fliegen von grösserer Bedeutung als für Männchen.
Zum evaluieren, ob flüchtige Pflanzenstoffe im Feld von Nutze sein könnten, z. B. zum Erhöhen der Attraktivität der Fallen, testeten wir, ob diese Pflanzenprodukte die Fliegen zusätzlich zu einem visuellen Signal anziehen könnten. Dazu führten wir eine enzianblaue Kugel in den Windkanal ein und konnten so die Kombination von visuellen und olfaktorischen Stimuli testen. Wir konnten zeigen, dass L-Terpentin in Kombination mit CO2 nicht nur die Zeit und die Flugdistanz vergrösserten, die die Fliegen um die Kugel herum verbrachten, sondern auch die relative Flughöhe und die Höhe des Suchverhaltens um die Kugel herum beeinflussten. Im Beisein vom L-Terpentin waren die Flüge und die Höhe des Suchverhaltens, verglichen mit CO2 alleine, tiefer.
Die Resultate dieser Doktorarbeit zeigen, dass Tsetse-Fliegen nicht nur flüchtige Pflanzenstoffe wahrnehmen, sondern dass insbesondere die Weibchen, von Terpenen und einfachen Terpenmischungen angezogen werden, und dies sowohl im Beisein von visuellen Stimuli wie auch ohne. Sie reagieren auf diese Stoffe schon in Mengen, die 1000 bis 10’000 mal kleiner sind als die natürlichen CO2 -Mengen. Schliesslich zeigt diese Arbeit eine Möglichkeit zur Integration der flüchtigen Pflanzenstoffe in die bestehenden Tsetse-Kontrolltechniken auf. - PublicationOpen AccessDevelopment of tools to control Palpalis group tsetse flies in West Africa(2011)
Dans les provinces du Mouhoun et de la Sissili tout d’abord, nous avons évalué l’effet du mélange de 3-n-propylphénol, de 1-octen-3-ol, de para-crésol et de l’acétone (POCA), de même que d’autres composés chimiques sur les captures de G. tachinoides et de G.p. gambiensis par des pièges biconiques. L’adjonction du POCA a entrainé une augmentation des captures de l’ordre de 2 fois pour les deux espèces (p<0.05). L’ajout de B-carryophyllène ensemble avec le POCA améliore le rendement induit par le POCA, même si l’augmentation dans ce cas n’est pas significative.
La réponse de G. tachinoides et de G. p. gambiensis aux odeurs d’hommes et de bovins a aussi été mesurée sur le terrain en utilisant soit des pièges biconiques, soit des écrans noirs. Les captures de G. tachinoides par le piège biconique ont été significativement améliorées (x 5 fois) par les odeurs du bovin mais non par celles de l’homme, pendant que les essais avec l’écran n’ont donné des résultats consistants. Les captures de G. p. gambiensis par le piège biconiques ont été aussi augmentées (> 2 fois) aussi bien par les odeurs humaines qu’animales. Le POCA seul ou l’odeur synthétique de bovin (acétone, 1-octen-3-ol, 4-methylphenol et 3-n-propylphenol avec du dioxyde de carbone) a entrainé plus de capture de G. tachinoides que l’odeur naturelle du bovin. Pour G. p. gambiensis, le POCA a amélioré de manière consistante les captures du piège comme de l’écran.
Les essais sur le terrain, d’autres composés chimiques collectés des odeurs de bovin avec un filtre n’ont montré aucune augmentation significative des captures par le piège biconique. A Folonzo cependant, des composés individuels tels que le benzaldehyde et le 3-ethylacetophenone, diffusés à dose 10 fois supérieures à la dose naturelle ont augmenté les captures de G. p. gambiensis par le piège biconique de 1.95 et de 2.16 fois respectivement. A l’opposé, le biphenyl et une série d’aldehydes aliphatiques (heptanal, octanal, nonanal, décanal et undenal) ont entrainé une réduction des captures des deux espèces (parfois jusqu’à 50%) quand ils sont diffusés à dose naturelle, bien que ces baisses n’étaient pas significatives. Les pièges (tri-dimensionnels) ont été comparés aux écrans Noir-Bleu (bi-dimensionnels), pour tester leur habilité à induire l’atterrissage des glossines. Fabriqués avec du tissu phtalogène bleu et du tissu noir polyester/viscose, ils sont couverts de film adhésif qui retient les glossines qui se posent. Cela a montré que l’écran induit autant l’atterrissage des glossines que le piège biconique. La comparaison de pièges monoconiques et biconiques couverts et non couverts avec du film adhésif a montré que les pièges couverts de film capturent plus de 5 fois de G. tachinoides et de G. p. gambiensis que les pièges non couverts de film, ce qui signifie que moins de 20% des glossines attirées par les pièges sont capturées effectivement. Ce faible pourcentage de glossines capturées suggèrent que de meilleurs pièges pourraient être développés en analysant de près le comportement des glossines et en identifiant des attractifs olfactifs qui agiraient à courte distance en interaction avec les pièges.
Nos résultats laissent penser que les pièges et écrans imprégnés d’insecticides auxquels on ajoute des attractifs olfactifs pourraient le aider le PATTEC (Campagne Panafricaine d’Eradication des Tsé –tsé et des Trypanosomes) dans ses efforts actuels de surveillance et de lutte contre les glossines du groupe Palpalis en Afrique de l’Ouest. Les résultats obtenus sur G.p. gambiensis avec le POCA sont d’un d’intérêt tout particulier, étant donné qu’ils constituent une des rares fois que cette espèce a montré une réponse claire aux attractifs olfactifs., Tsetse flies are vectors of Human and Animal African Trypanosomoses (HAT or sleeping sickness, and AAT or nagana, respectively). Tsetse fly traps and two-dimensional targets, when impregnated with insecticides, have constituted a central component of tsetse control campaigns in many countries in Africa. In order to make these tools more efficient and affordable, studies were undertaken to find the best visual and olfactory attractants for two species of the palpalis group, namely Glossina palpalis gambiensis and Glossina tachinoides.
We first assessed, in the Mouhoun and Sissili provinces of Burkina Faso, the effects of dispensing a mixture of 3-n-propylphenol, 1-octen-3-ol, para-cresol and acetone (POCA blend of semiochemicals) and other tsetse fly semiochemicals on captures of G. tachinoides and G. p. gambiensis in biconical traps. Adding the POCA blend caused an increase in trap capture of up to 2-fold for both species (p<0.05). Adding a dispenser that released the sesquiterpene ß-caryophyllene together with the POCA blend caused a further -though not significant- increase in trap capture (>2-fold) for both species. Field responses of G. tachinoides and G. p. gambiensis to odours from humans and cattle were also measured by baiting biconical traps and electrocuting black targets with natural host odours. The catch of G. tachinoides from traps was significantly enhanced (~5-fold) by odour from cattle but not from humans, but in contrast, catches from electric targets showed inconsistent results. For G. p. gambiensis, both human and cattle odour increased (>2-fold) the trap catch significantly but not the catch from electric targets. For G. tachinoides a blend of POCA alone or synthetic cattle odour (acetone, 1-octen-3-ol, 4-methylphenol and 3-n-propylphenol with carbon dioxide) consistently caught more tsetse than natural cattle odour. For G. p. gambiensis, POCA consistently increased catches from both traps and targets.
Field tests with other chemicals collected from natural cattle odours with an adsorbent filter did not induce any significant increase in catches when combined with the biconical trap. However in Folonzo, single chemicals such as benzaldehyde and 3-ethylacetophenone, both released at 10 times the natural doses increased biconical trap catches of G. p. gambiensis by 1.95 and 2.16 times, respectively. By contrast, biphenyl and a series of aliphatic aldehydes (heptanal, octanal, nonanal, décanal and undenal) reduced the trap catches for both species (sometimes by up to 50%) when released at natural doses, although these decreases in trap catches were not significant.
Traps (which are three-dimensional) were compared to blue-black targets (two-dimensional) to test their ability to induce flies to land on them. Both devices were made of phthalogen blue cotton and polyester/viscose black and both devices were covered with sticky tape to trap landing flies.Targets proved as efficient as biconical traps in attracting both G. p. gambiensis and G. tachinoides. Comparing monoconical and biconical traps with and without sticky tape applied to them showed that ones with sticky tape caught at least 5 times more G.p. gambiensis and G. tachinoides than the traps without sticky tape, meaning that less than 20% of tsetse attracted to traps end up in the cage.As only ~20% of the tsetse flies (G. p. gambiensis and G. tachinoides) attracted to the vicinity of traps get caught, this suggests that better traps could be developed by an in-depth analysis of the visual responses and identification of any semiochemicals involved in short range interactions with attractive devices.
The results suggest that odour-baited traps and insecticide-treated targets could assist the African Union-Pan African Tsetse and Trypanosomiasis Eradication Campaign (PATTEC) in its current efforts to monitor and control palpalis group tsetse in West Africa. The results obtained with the POCA blend of semiochemicals is of particular interest for G. p. gambiensis, as it constitutes one of the rare occasions this species has been reported to show a clear response to olfactory attractants. - PublicationOpen AccessLes phéromones sexuelles: utilisées comme moyen de lutte, évaluation de leur efficacité et mesure de leur impact physiologique sur les vers de la grappe(2009)
- PublicationOpen AccessMolecular functional characterization of appetence maturation and its nutrient-dependent control in the African malaria mosquito “Anopheles gambiae”(2008)
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