Résultat de la recherche
Investigations 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 control
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.
Plant Volatiles Enhance Behavioral Responses of Grapevine Moth Males, Lobesia botrana to Sex Pheromone
Plant volatiles play an important role in the lives of phytophagous insects, by guiding them to oviposition, feeding and mating sites. We tested the effects of different host-plant volatiles on attraction of Lobesia botrana males to the female-produced sex pheromone, in a wind tunnel. Addition of volatile emissions from grapevines or individual plant volatiles to pheromone increased the behavioral responses of L. botrana males over those to pheromone alone. At a low release rate (under-dosed) of pheromone, addition of (E)-beta-caryophyllene, (Z)-3-hexenyl acetate, 1-hexanol, or 1-octen-3-ol increased all behavioral responses, from activation to pheromone source contact, while addition of (E)-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene, (E)-beta-farnesene, (Z)-3-hexenol, or methyl salicylate affected only the initial behavioral responses. Dose-response experiments suggested an optimal release ratio of 1: 1000 (sex pheromone: host plant volatile). Our results highlight the role of plant volatiles in the sensory ecology of L. botrana.
Host plant volatiles induce oriented flight behaviour in male European grapevine moths, Lobesia botrana
The European grapevine moth Lobesia botrana relies on a female produced sex pheromone for long-distance mate finding. Grapevine moth males compete heavily during limited time windows for females. The aim of this study was to investigate the perception of host plant volatiles by grapevine moth males and whether such compounds elicit upwind oriented flights. We compared five host plant headspace extracts by means of gas chromatography linked electroantennogram (EAG) recording. We identified 12 common host plant volatiles (aliphatic esters, aldehydes, and alcohols, aromatic compounds and terpenes) that elicit EAG responses from grapevine moth males and that occur in at least three of the host plant volatile headspace extracts tested. Subsequently the behavioural response of grapevine moth males to four these compounds presented singly and in mixtures (1-hexanol, 1-octen-3-ol, (Z)-3-hexenyl acetate and (E)-beta-caryophyllene) was recorded in a wind tunnel. Grapevine moth males engaged in upwind flights to all of four compounds when released singly at 10,000 pg/min and to all, except 1-octen-3-ol, when released at 100 pg/min. A blend of the four host plant volatiles released at 10,000 pg/min and mixed at a ratio based on the analysis of Vitis vinifera cv. Solaris volatile emissions attracted significantly more males than any single compound. Grapevine moth males perceive and respond to host plant volatiles at biologically relevant levels indicating that host plant volatiles figure as olfactory cues and that L botrana males can discern places where the likelihood of encountering females is higher. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.
The behaviour of the tsetse fly Glossina pallidipes (Diptera, Glossinidae):: from host seeking to biting
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.
Plant volatile compounds shorten reaction time and enhance attraction of the codling moth (Cydia pomonella) to codlemone
BACKGROUND: The codling moth is the most serious pest of deciduous tree fruit (apples, pears, crabapples, walnuts, quince) worldwide. The high frequency of insecticide treatments per season has resulted in breakdown of codling moth control owing to insecticide resistance. As an alternative, integrated pest management includes mating disruption to achieve population suppression in orchards. Under this scheme, the sex pheromone of the codling moth, (E, E)-8,10-dodecadien-1-ol (codlemone), is released from dispensers in crops to hinder mating by luring males. Increasing the attractiveness of codlemone formulations to codling moth males can be regarded as a key to increasing the efficacy of mating disruption. With this aim, the effects of adding plant volatiles on the behavioural responses of codling moth males to codlemone were tested. RESULTS: Adding R(+)-limonene, linalool, (E)-beta-farnesene or ethyl (E, Z)-2,4-decadienoate to codlemone significantly increases the proportion of males flying to the pheromone source in a wind tunnel. The response level is equivalent to that of males responding to females releasing codlemone. Using real-time recordings, it is shown how these four plant products also shorten the response time of males to codlemone under the behavioural criteria time to activation, time till upwind flight is induced and time to pheromone source contact. CONCLUSION: Shortening the response time and increasing source location by males of dispensers releasing codlemone with R(+)-limonene, linalool, (E)-beta-farnesene or ethyl (E, Z)-2,4-decadienoate added would enhance mating disruption through better engagement ofmales with dispensers, to the detriment of females. (C) 2011 Society of Chemical Industry
Les phéromones sexuelles: utilisées comme moyen de lutte, évaluation de leur efficacité et mesure de leur impact physiologique sur les vers de la grappe
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.
Aspects of the sensory physiology of the pollination of "Petunia axillaris" and mating in moth pests
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.
Tsetse fly responses to volatile plant compounds
Les glossines (Diptera, Glossinidae) constituent 31 espèces et sous-espèces réparties en trois sous-genres. Elles sont actuellement limitées à l’Afrique sub-saharienne et préfèrent trois habitats: la savane, les zones riveraines et la forêt. Les deux sexes sont strictement hématophages et peuvent transmettre la trypanosomiase au cours de leur repas de sang qui provoque la maladie du sommeil chez les humains et le nagana chez des animaux. Environ 60 millions de personnes et 50 millions de bovins dans 20 pays africains risquent continuellement l’infection, ce qui provoque des pertes économiques énormes.
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.
Sensory and behavioural responses of the stable fly Stomoxys calcitrans to rumen volatiles
Analysis of volatiles from rumen digesta by gas chromatography linked antennogram recordings from Stomoxys calcitrans (L) (Diptera: Muscidae) antennal receptor cells revealed about 30 electrophysiologically active constituents, the most important of which is dimethyl trisulphide with a sensory threshold in the femtogram range. The behavioural responses of S. calcitrans to five chemostimulants (dimethyl trisulphide, butanoic acid, p-cresol, oct-1-en-3-ol and skatole) were tested in a wind tunnel where activation and attraction of hungry flies to rumen volatiles were recorded. Dimethyl trisulphide, butanoic acid and p-cresol were found to attract S. calcitrans. This sensitivity to rumen volatile constituents, that also occur in animal wastes used for oviposition by Stomoxys spp., as well as in flowers used by stable flies as sources of nectar is discussed in the context of the behavioural ecology of these flies.