From cotton to odor sensors: unraveling the dynamics, specificity, and exploitability of herbivore-induced plant volatiles

Les plantes émettent des odeurs constituées de divers composés volatils pour interagir avec les organismes
de leur environnement. Parmi eux, les composés volatils induits par l’herbivorie jouent un rôle clé dans la
défense des plantes contre les insectes phytophages. Ces composés interviennent en modulant les interactions
avec les herbivores eux-mêmes, leurs ennemis naturels ou encore avec les plantes voisines. À ce titre,
les composés volatils produits par les plantes cultivées représentent un levier prometteur pour le développement
de stratégies de lutte durable contre les ravageurs.
Cette thèse explore différents aspects de la production de composés volatils chez le cotonnier (Gossypium
hirsutum) en réponse aux attaques d’insectes herbivores, et examine leur potentiel pour la détection précoce
et précise des ravageurs dans les cultures, en utilisant le maïs comme plante modèle.
Le premier chapitre s'intéresse à la spécificité de l’accumulation de composés stockés dans les glandes du
cotonnier suite à des dommages. Les deuxième et troisième chapitres portent sur la caractérisation des réponses
volatiles de cotonniers sauvages originaires du Yucatán, cousins des variétés domestiquées. Ces travaux
ont été menés d'abord en conditions contrôlées en laboratoire avec de jeunes plants cultivés en serre,
puis dans l’environnement naturel des cotonniers, avec des plantes matures. Le quatrième chapitre examine
la réponse volatile du cotonnier à Bucculatrix thurberiella, un insecte spécialiste. Ensemble, ces chapitres
fournissent un éclairage nouveau sur la dynamique et la spécificité des volatiles chez le cotonnier. Enfin, le
dernier chapitre adopte une approche plus appliquée en évaluant le potentiel de technologies existantes de
détection d’odeurs pour identifier la présence de ravageurs dans les champs agricoles.

ABSTRACT
Plants emit odors composed of diverse volatile compounds that serve as signals to interact with surrounding
organisms. Among these, herbivore-induced plant volatiles (HIPVs) play a central role in plant defense by
mediating interactions with herbivores, their natural enemies, and neighboring plants. As such, HIPVs produced
by crop plants represent a promising avenue for sustainable pest management.
This thesis investigates multiple aspects of HIPV production in cotton (Gossypium hirsutum) in response to
herbivory and explores how these volatiles could be harnessed for the early and accurate detection of pests
in agricultural fields, using maize as a model system.
The first chapter examines the specificity of damage-induced accumulation of compounds stored in the glandular
structures of cotton plants. Chapters two and three focus on characterizing the volatile responses of
wild cotton populations from Yucatán, relatives of domesticated varieties. These studies were first conducted
under controlled conditions in the laboratory with greenhouse-grown seedlings, and subsequently in the
plants’ natural environment, with mature plants. The fourth chapter investigates the HIPV response of cotton
to the specialist herbivore Bucculatrix thurberiella. Together, these chapters provide new insights into the
dynamics and specificity of HIPV in cotton. The final chapter adopts a more applied perspective, assessing
whether existing odor-sensing technologies may be used to detect pest presence in crops.

Committee:
Prof. Ted Turlings, University of Neuchâtel (thesis director)
Prof. Sergio Rasmann, University of Neuchâtel (internal expert)
Dr. Emmanuel Defossez, University of Neuchâtel (internal expert)
Dr. Carla Marques Arce, University of Neuchâtel Arce (internal expert)
Prof. Meredith Schuman, University of Zürich, (external expert)
Prof. Matthias Erb, University of Bern, (external expert)

Defended on February 12, 2025

No de thèse : 3187