Communication chimique Ecologie chimique chez les …€¦ · « L'écologie chimique est la...
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Journée Chimie et EnvironnementUFR de Chimie et de Terre-Environnement-Biodiversité
UMR-A 1272Physiologie de l’insecte: Signalisation et Communication
Université Pierre et Marie Curie – INRAMartine Maïbèche, David Siaussat
Communication chimiqueEcologie chimique chez les animaux
Communication chimique
- Echange de molécules chimiques entre organismes- Perception des molécules chimiques (chimio-
sensorialité)
Présente chez tous les êtres vivants : modalité sensorielle ancestrale
à distance : olfactionavec contact : gustation
« L'écologie chimique est la science des relations chimiques entre les êtres vivants ou entre le monde minéral
et le monde vivant » Barbier 1976
Messagers (médiateurs) chimiques: sémiochimiques
effets intraspécifiques
Phéromones
effets interspécifiques
Composés allélochimiques
Molécules de faible poids moléculaireNature organique essentiellement
Généralement produites en faible quantité: 10-4 à 10-6 MVolatiles (milieu terrestre) ou solubles (milieu aquatique/terrestre)
En général sans valeur nutritionnelleSouvent en mélange (« bouquet »)
Nature, proportions, moment d’émission: spécificité du message Signal discontinu dans le temps et l’espace
(Whittaker, 1971), « semeion » = signe
Pheromonal plume
source
Les allélochimiques
Allomones
effet positif pour l’émetteur
Ex : Substances défensives
Kairomones
effet positif pour le récepteur
Ex : Attractants alimentaires
Synomones
effet positif pour l’émetteur et le
récepteur
Ex: Attractants pour insectes pollinisateurs
nectarophages
Adolf Butenandt: identification en 1959 du bombykol chez Bombyx mori la première phéromone animale identifiée
(E,Z)-10,12 hexadecadiénol
« pherein »: transférer, transporter , « hormon » : exciter
« Produit chimique sécrété à l’extérieur du corps, qui lorsqu’il est reçu par un individu de la même espèce, provoque une ou plusieurs réactions spécifiques
Les Phéromones
Femelle B. mori en appel
Mâle B. mori
Rencontre des partenaires sexuels, parades nuptiales Alarme
Marquage territorial
Interactions sociales
Détection des prédateursChoix des sources alimentaires
Diversité fonctionnelle des médiateurs chimiques
Modifications physiologiques
Convergence structurale et fonctionnelle des systèmes récepteurs au niveau périphérique
Comparaison des systèmes olfactifs de Vertébrés/Insectes
Nerf olfactif
Cavité nasale
Muqueuse olfactive
antenne
Sensille olfactive
Identification des médiateurs chimiques: méthodologie
Extraits de glandes sécrétrices ou Collecte d’effluves : Spme
GC
MS
Séparation
Réponse antennaire
Identification structurale : GC-MS
Identification fonctionnelle: GC-EAG
Chimie de synthèse : composé synthétique
Vérification de l’effet comportemental
Méthodes de lutte alternatives contre des insectes ravageurs des cultures : piège avec phéromone, confusion sexuelle
Exemple d’application pratique en agronomie
Impact des polluants d’origine anthropique sur le système olfactif
d’un insecte
UMR 1272A Physiologie de l’insecte: Signalisation et CommunicationUniversité Pierre et Marie Curie – INRA Versailles
David Siaussat
l’impact des polluants sur le système olfactif est cependant peu étudié...
... chez les vertébrés
… comme chez les insectes
pourtant les insectes ont un impact important dans les écosystèmes
et comprendre l’impact des polluants sur les fonctions physiologiques comme l’olfaction est devenu un nouvel enjeu majeur
… encore moins sur le système olfactif périphérique
Physiologie olfactive
Antenne, Système sentinelle
Comportement
(reproducteur, alimentaire,
…)
- Antenne voie d’entrée ?-Système de détoxification ?-Processus d’adaptation ?
- Perturbation de la détection des autres odeurs (Aliments, phéromones, plantes hôtes, etc…) ?
- Perturbation des comportements ?
- Conséquence sur l’individu, la population et les écosystèmes ?
Les questions ?Les questions ?
Comportement reproducteur dicté par la phéromone sexuelle: système de détection ultrasensible et spécifique. Homéostasie antennaire essentielle
Réponse comportementale des mâles et réponse électrique des neurones à la phéromone mesurables
Transcriptome de l’antenne mâle de S. littoralis: identification de bio-marqueurs (HSP, P450, UGT, GST…)
Sur quel modèle ?Sur quel modèle ?
La noctuelle: Spodoptera littoralis
Les métaux lourds
(Cadmium, mercure, …)
Les perturbateurs endocriniens (Phtalates,
bisphenol A,…)
Les produits phytosanitaires
(pesticides, herbicides)
Quels xénobiotiques ?Quels xénobiotiques ?
Doses sublétales ?
? ?
?
Lisa LalouettePost-doctorante
Région IDF (DIM ASTREA)
- Pyréthrinoïde (blocage canaux calcium)
- Application topique antennaire
- Détermination de la CL50 (24h d’exposition)
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
0,01000,00750,00500,00250,0000
100
80
60
40
20
0
Dose
Perc
ent
Mean 0,0041783StDev 0,0023676Median 0,0041783IQR 0,0031939
Table of Statistics
Cumulative Failure Plot for Dead
Probit Data - ML EstimatesNormal - 95% CI
Analyse selon méthode Probit
Détermination de la CL50
Spodoptera littoralis male
1,5.10-5M
Identification de biomarqueurs et suivi de leur variation
L’analyse de la banque d’EST (9000 séquences) a permis de trouver:
44 enzymes à cytochrome
P450
36 carboxylestéras
es (CXE)
12 UDP-
glucuronosyltransferases
(UGT)
13 Glutathion
S transférase (GST)
10 Heat shock
Protein (HSP)
Récepteurs olfactifs
Odorant Binding Protein
Acteurs voie de signalisation de la
phéromone sexuelle
- Réponses généralistes au stress
- Détoxification des xénobiotiques (odeurs, polluants)
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
Identification de biomarqueurs et suivi de leur variation
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
200
150
100
50
0
250
200
150
100
50
0
200
150
100
50
0
200
150
100
50
0
a aa
aa
b
b b
a
a
bb
Pourcentage d’expression
normalisée
GST
C 1/10 1/100 DL50 DL50
C 1/10 1/100 DL50 DL50
C 1/10 1/100 DL50 DL50
C 1/10 1/100 DL50 DL50
Réponse au niveau de l’antenne
Se traduit par une augmentation d’expression de gènes (GST, etc…)
Car nécessité de détoxifier la deltaméthrine
Identification de biomarqueurs et suivi de leur variation
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
- Réponses métaboliques
- 40 composés analysés (sucres, acides aminés, …)
Dosage par chromatographie en phase gazeuse
a b b a b b
a a b a a b
a a b a a b
a a b
Control
1/100 (DL50)
1/10 (DL50)
Implication de certaines voies métaboliques
Analyse comportementale (1/10 DL50)
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
Pheromonal exposure
Wind Tunnel
a
b
a
a
a
b
b b
Des réponses comportementales plus rapides
Etudes électrophysiologiques (en cours)
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
Antennal response
PheromonalStimulation
Electroantennography
Est-ce que les réponses électriques mesurées suite à une stimulation phéromonale sont modifiées par une exposition à des doses sublétales de la deltaméthrine ??
Conclusions
Exemple de l’impact de la deltaméthrineExemple de l’impact de la deltaméthrine
- La deltaméthrine à doses sublétales induit des réponses spécifiques chez S. littoralis
- Augmentation de l’expression de gènes impliqués dans la détoxification ou la réponse au stress
- Certaines voies métaboliques impliquées
- Les animaux semblent plus sensibles à la phéromone sexuelle lorsqu’ils sont exposés au pesticide
Ces résultats montrent donc que l’utilisation d’un produit à des doses sublétales peut induire chez les animaux l’inverse de l’effet attendu
Ce type d’étude rentre dans une réflexion plus globale de la stratégie à suivre quant à l’utilisation des produits phytosanitaires dans le futur
Ces effets pourraient favoriser des espèces nuisibles au lieu de les éliminer
MERCI POUR VOTRE ATTENTIONMERCI POUR VOTRE ATTENTION
- Catherine Blais (MCF ENS)- Francoise Bozzolan (IE UPMC)- Youssef Dewer (postdoc Mairie de Paris)- Lisa Lalouette (postdoc IDF)- Philippe Lucas (CR INRA)- Martine Maibeche (PR UPMC)- Annick Maria (Tech UPMC)- Marie-Anne Pottier (doctorante Emergence UPMC)- Didier Rochat (CR INRA)
- Autres membres de l’UMR 1272A