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Guerin, Patrick

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Guerin, Patrick
Affiliation principale
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Ancien.ne collaborateur.trice
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https://libra.unine.ch/handle/123456789/310
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0000-0002-2257-5097

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    Aspects of the sensory physiology of the pollination of "Petunia axillaris" and mating in moth pests
    (2013)
    Gurba, Alexandre 
    ;
    Guerin, Patrick 
    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.
  • Publication
    Accès libre
    Les phéromones sexuelles: utilisées comme moyen de lutte, évaluation de leur efficacité et mesure de leur impact physiologique sur les vers de la grappe
    (2009)
    Briand, Françoise
    ;
    Guerin, Patrick 
    Les vers de la grappe Eupoecilia ambiguella Hb. et Lobesia botrana Den. et Schiff. (Lepidoptera, Tortricidae) sont les principaux ravageurs des vignobles européens. Les larves engendrent des dégâts directs en se nourrissant des organes reproducteurs de la plante, et indirects en favorisant l'infection des baies de raisins par des pathogènes saprophytes. Cela entraîne des pertes économiques importantes. La confusion sexuelle est une méthode alternative aux insecticides pour contrôler les populations des vers de la grappe. Elle présente toutefois certaines limites d'application tant au niveau économique que pratique. C'est dans l'objectif de pallier ces limites que s'inscrit ce travail par l'ébauche d'un attracticide, l'appréciation de l'efficacité de ce type de lutte et l'évaluation de l'impact des composés phéromonaux sexuels sur la physiologie de l'insecte. Les essais comparatifs de piégeage réalisés en vignoble et les observations faites en tunnel de vol à l'aide de sources contenant différentes charges en phéromones ne permettent pas de déduire la quantité optimale à utiliser dans un appât attracticide. Ils soulignent la difficulté de combiner le contact de l'insecte avec la source et la rémanence de l’attractivité sur l'ensemble de la saison. Les deux espèces étudiées présentent des comportements différents face aux charges phéromonales exposées. Les charges relativement élevées semblent plus attractives pour E. ambiguella, tandis que L. botrana tend à s'orienter vers des charges plus faibles. Les faibles densités de populations de vers de la grappe généralement présentes dans les vignobles engendrent des difficultés pour l'évaluation de nouvelles méthodes de lutte. L’utilisation d'une petite cage offre désormais une méthode simple, rapide, fiable et peu coûteuse pour mesurer l'influence des phéromones sexuelles sur l'accouplement des insectes. Pour cela, huit couples de vers de la grappe sont exposés, durant une nuit, dans une enceinte cubique 35 cm de côté installée au centre d’un vignoble, traité ou non par l'application de phéromones sexuelles. Le dénombrement des spermatophores issus de l'accouplement permet d’évaluer l’influence de ces composés phéromonaux sur le comportement de reproduction. Ces résultats donnent désormais des indices objectifs sur l'efficacité du mélange testé et l'intérêt d'installer des essais à grande échelle. Au cours des essais pour élaborer ces cage, il a pu être demontré que l’augmentation du taux d’émission par des âppats phéromonaux entraine une diminution des accouplements. Bien que l'impact des phéromones sexuelles sur le comportement d'accouplement des insectes ait suscité un vif intérêt chez les chercheurs, peu se sont intéressés à l'effet de ces composés sur la physiologie de ces insectes. Aussi, l'approche plus fondamentale de ce travail fournit des informations concernant le vol, la physiologie et le métabolisme énergétique de L. botrana. L'important potentiel de vol de L. botrana a été mis en évidence à l'aide des méthodes du carrousel de vol et du tunnel de vol. Avec une durée de vol moyenne de 12 minutes sans pause, L. botrana peut parcourir jusqu'à 35 kilomètres sur 24 heures d'observation. Les conséquences de ce vol observées sur le métabolisme et la physiologie de l'insecte montrent une diminution significative des réserves énergétiques. Mesurés par spectrophotométrie, les lipides semblent être les principaux carburants utilisés par L. botrana pour répondre à la demande énergétique du vol, avec une concentration en lipides totaux représentant un cinquième de la masse de l'organisme. L'exposition à la phéromone indique une tendance non significative à la réduction de ces réserves. La charge énergétique cellulaire, calculée à l'aide de la quantification des adénylates par HPLC, augmente durant les stades de croissance de l'insecte, puis diminue brusquement au moment de l'émergence de l'adulte. Elle tend à se stabiliser tout au long de ce stade, pour chuter de manière importante au moment de la mort lorsque les réserves énergétiques disponibles sont épuisées. Cependant, cette étude n'a pas permis de mettre en évidence l’influence du vol et de l’exposition à la phéromone sur l'état énergétique cellulaire de l’insecte. Les résultats obtenus dans ce travail offrent de nouvelles perspectives pour l'élaboration et l'évaluation de l'attractivité d'appâts contenant des composés sémiochimiques. Les méthodes développées peuvent apporter des informations sur le comportement des insectes utiles pour la pratique, mais également en recherche fondamentale., The grape moths Eupoecilia ambiguella Hb. et Lobesia botrana Den. et Schiff. (Lepidoptera, Tortricidae) are the two main pests of European vineyards. By feeding on the reproductive organs of plants larvae can harm vines directly and indirectly. The latter is provoked by favouring the infection of berries with pathogenic saprophytes and these infections can cause major economic losses. Mating disruption is a well established alternative to insecticides for controlling the two pest species. However, this control method presents some limits in terms of application and expenses. The aim of this work was to recoup these limits by developing an attracticide, by facilitating the evaluation of mating disruption's efficiency and by quantifying the impact of sex pheromones on the physiology of insects. The disposal of pheromone traps in vineyards and the observations made in a wind tunnel did not allow determining the optimal pheromone concentration deployed in an attracticide. My results emphasise the difficulty between deploying a pheromone lure that permits the contact of insects with the source and the persistence of the lure over the season. Moreover, the two grape moths behave dissimilar confronted with different pheromone concentrations. Eupoecilia ambiguella seems to be attracted by high concentrations, whereas L. botrana prefers low pheromone loads. Low population densities of grape moths in vineyard pose difficulties to assess new control approaches. The use of a small cage may present a fast, simple and cheap method to evaluate the impact of sex pheromones on insect mating. By exposing eight couples of grape moths for one night in cages of 35 cm side length that are installed in the centre of pheromone treated and untreated vineyards, the impact of pheromones on mating can be assessed by the count of the number of dissected spermatophores. Experiments showed that this novel evaluation method offers a fast and reliable way to measure the impact of pheromones on insect mating. The obtained results may help predicting the value/use of the setup of large-scale field trials. The development of these small field cages also demonstrated that mating suppression increases with the emission rate of pheromone lures. Even though the impact of sex pheromones on mating is well understood, little information is available on their effect on the physiology of insect. This work bridges some of these gaps and provides some more fundamental insights on the flight, physiology and metabolism of L. botrana. Tests conducted with a flight mill and in a wind tunnel showed that L. botrana can fly up to 12 minutes without a break and that they can cover a distance of 35 kilometres per day. In addition, flight affects insect physiology and metabolism by decreasing the energetic reserves. Spectrophotometry indicated that lipids are the principal source powering the flight of L. botrana. The total amount of lipids can account for a fifth of the fresh weight of adults. However, the exposure of insects to sex pheromones did not significantly decrease these energetic reserves. The energetic charge of moths, calculated by the quantification of adenylates with an HPLC, increases during larval development for sharply decreasing at the emergence of adults. The energetic charge of adults seems to be stable and falls drastically at death. However, flight and the exposure to pheromones had no effect on the energetic charge of L. botrana males. The results obtained in this thesis provide new perspectives in the development and assessment of semiochemical lures. The elaborated methods may deepen our understanding of insect behaviour and the knowledge gained may be of valuable use in fundamental and applied research.