Guerin, Patrick

2016, Emmanuel Kamba Mebourou, Guerin, Patrick

Résumé 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.

2013, Chappuis, Charles, Guerin, Patrick

Les tsé-tsé sont les principaux vecteurs des trypanosomes africains qui causent la maladie du sommeil chez l’humain et le nagana chez les bovins. Ces maladies représentent un lourd fardeau en ce qui concerne la santé et la prospérité humaine. Une façon de lutter contre ces trypanosomes est de s’attaquer au vecteur en contrôlant sa population à l’aide de pièges qui le trompent par des moyens visuels et olfactifs. Par conséquent, une meilleure compréhension de la manière dont une mouche tsé-tsé utilise les indices olfactifs et visuels laissés par l’hôte peut aider à développer des méthodes de captures plus efficaces encore. Et c’est dans ce contexte que nous avons étudié les phases critiques du comportement de recherche d’hôte de G. pallidipes, telles que l’activation, l’anémotaxie optomotrice, l’approche d’une stimulation visuelle forte, la recherche locale autour d’elle, l’atterrissage et finalement, la piqûre.
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.

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.