La perception gustative des phytoecdystéroïdes par les larves de la pyrale du maïs

PHYTOECDYSTEROÏDES ET ANTIAPPETENTS

Pourquoi les phytoecdystéroïdes ?

Les phytoecdystéroïdes constituent une famille de molécules intéressantes synthétisées et accumulées par un grand nombre de végétaux. Ces métabolites secondaires de défense chimique pourraient être intégrés dans les plantes cultivées. Elles possèdent un effet toxique à long terme et un effet antiappétent immédiat chez quelques espèces de Lépidoptères. Ils pourraient donc écarter les phytophages des cultures à protéger.

Généralités
D’une manière générale, les ecdystéroïdes sont les hormones de mue des arthropodes et probablement de quelques autres invertébrés (Koolman, 1990). De nombreuses plantes produisent des agonistes de ces hormones. Sur 3000 espèces végétales évaluées, 5 à 6 % en contiennent à des concentrations significatives, c’est à dire plus de 50 ng / g de poids sec (Dinan, 1998).

Ces composés sont appelés phytoecdystéroïdes et joueraient un rôle de défense chimique contre les insectes phytophages et certains nématodes (Sláma, 1993). Le premier ecdystéroïde isolé fut l’ecdysone par Butenandt et Karlson en 1954, à partir de 500 kg de pupes de Bombyx mori mais ce n’est qu’en 1965, que sa structure chimique a été élucidée (Huber et Hoppe, 1965). La 20E avec la polypodine B et la ponastérone A, sont les composés rencontrés le plus fréquemment dans les plantes produisant des phytoecdystéroïdes, mais ils sont souvent produits en même temps que d’autres molécules actives biologiquement sur les insectes.

La recherche des ecdystéroïdes dans la plupart des familles du règne végétal a démontré leur large distribution. On les retrouve dans les Embryophytes (fougères, Gymnospermes et Angiospermes) à des concentrations variables dans des espèces et des genres très voisins (Lafont, 1997). Cette hétérogénéité de distribution serait expliquée par une différence de régulation au niveau de l’expression des gènes responsables de la biosynthèse, du métabolisme et du transport des ecdystéroïdes. Certaines plantes en contiennent des concentrations assez élevées : par exemple 1g de fougère Polypodium vulgare contient autant d’hormones que 500 kg de la pupe de ver à soie (Blackford, 1995). Les taux d’ecdystéroïdes les plus élevés ont été trouvés dans les tiges sèches de Diploclisia glaucescens dont la matière sèche contient 3,2 % d’ecdystéroïdes (Bandara et al., 1989). On rencontre des quantités minimes dans d’autres plantes supérieures, annuelles ou pérennes (Dinan et al., 2001).

La distribution des phytoecdystéroïdes dans les plantes a été examinée en détail chez les Chenopodiaceae (Dinan, 1998). C’est une famille caractérisée par un nombre important d’espèces contenant des phytoecdystéroïdes ; une forte corrélation s’est révélée entre la quantité de phytoecdystéroïdes dans les graines et leur présence dans d’autres parties de la plante durant les stades tardifs de développement. Il existe cependant un gradient de distribution au sein des parties aériennes d’une plante. Les plus fortes concentrations se trouvent dans les bourgeons et les jeunes pousses. Ceci a été interprété par un rôle de protection que des ecdystéroïdes pourraient jouer dans la protection de ces organes (Adler et Grebenok, 1999; Dinan et al., 2001). Ils protégeraient les parties les plus exposées à la prédation des insectes (Sláma, 1993).

L’hypothèse que les phytoecdystéroïdes soient des composés de défense des plantes n’est pas partagée par tous. Certains auteurs ont proposé que ces molécules jouent un rôle hormonal au sein des plantes. Des données récentes obtenues chez l’épinard infirment cette dernière hypothèse. En utilisant de la 20E marquée radioactivement, Schmelz et al. (2000) ont montré d’une part que ce composé est métaboliquement stable dans les épinards et ne peut donc jouer un rôle de phytohormone, et d’autre part que sa biosynthèse est stimulée dans les racines par l’attaque d’insectes.

Caractéristiques chimiques

Les phytoecdystéroïdes appartiennent à un groupe de molécules dérivées du cholestérol, groupe qui comprend aussi des hormones de plantes comme les brassinostéroïdes, des métabolites secondaires de plantes comme les withanolides et les cucurbitacines, et de nombreux polyhydroxystérols.

La structure chimique des phytoecdystéroïdes est composée essentiellement d’un squelette commun et de fonctions variées (Lafont, 1997; Dinan et al., 2001) :
• Les ecdystéroïdes sont des molécules stéroïdes caractérisées par un noyau stérol portant une jonction cis des cycles A et B, un chromophore 6-one-7-ène sur le cycle B dérivé biosynthétiquement du cholestérol et (en général) un hydroxyle en position 14α .
• Les composés analogues aux ecdystéroïdes sont les molécules qui ne peuvent satisfaire complètement à la précédente caractéristique mais qui ont la capacité d’exercer la même activité biologique chez les insectes.

Ils se caractérisent par des variations concernant :
1. le nombre d’atomes de carbone qui varie entre 19 et 29.
2. la présence d’un hydroxyle en C3, ou un groupe 3-oxo.
3. la présence d’un hydroxyle sur le noyau stéroïde en C1, C2, C5, C11, C12, C19.
4. la présence du groupement hydroxyle sur la chaîne latérale à C20, C22, C23, C24, C25, C26, C27, et probablement C28 ou C29.

Si l’on considère les combinaisons possibles obtenues en modifiant les structures individuelles des phytoecdystéroïdes, on pourrait prévoir l’existence dans la nature de 1000 structures différentes dont 200 à 250 permutations ont été identifiées (Lafont et al., 2000; Dinan et al., 2001). On rencontre des ecdystéroïdes sous forme libre, polaire (glucoses, sulfates) ou apolaire (acétates, benzoates) (Lafont et Horn, 1989). Leur identification est devenue plus simple avec l’amélioration de la spectrophotométrie. En outre, il est possible actuellement de détecter leur présence à l’aide de tests immunologiques très sensibles. La détermination de l’activité des molécules détectées ou extraites, est un critère essentiel dans la caractérisation des ecdystéroïdes (Lafont, 1997; Marion-Poll et al., 2002).

Les ecdystéroïdes comprennent les hormones de mue des insectes, dont les plus connus sont la 20E et les ecdystéroïdes des végétaux (phytoecdystéroïdes). Parmi les phytostérols, le sitostérol, le stigmastérol et le campestérol sont des stérols principalement utilisés par les végétaux. Leur biosynthèse n’est pas encore bien connue. Enfin, le cholestérol subit diverses oxydations et hydroxylations pour fournir les ecdysones (Lafont, 1998). L’ecdysone est libérée dans l’hémolymphe par les glandes prothoraciques. Elle est convertie dans divers tissus périphériques en 20E (appelée aussi ecdystérone, β- ecdysone, crustecdysone). La 20E est physiologiquement la forme la plus active et la plus importante des ecdystéroïdes durant les stades larvaires chez les arthropodes. La 20E coexiste avec d’autres ecdystéroïdes chez certaines punaises (Hemiptera), les abeilles (Hymenoptera), ainsi que quelques mouches, et est même remplacée par la makistérone A (Koolman, 1990).

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Table des matières

Remerciements
Résumé
1 Introduction générale
2 Phytoecdystéroïdes et antiappétents
2.1 Pourquoi les phytoecdystéroïdes ?
2.1.1 Généralités
2.1.2 Caractéristiques chimiques
2.1.3 Effets sur les insectes
2.2 Quel rôle joue l’antiappétance lors de la sélection d’une plante-hôte ?
2.2.1 Antiappétence
2.2.2 Les récepteurs gustatifs
2.2.3 Codage sensoriel
2.2.4 Perception des antiappétents et alimentation
3 Mécanismes de détection des phytoecdystéroïdes
3.1 Effets des phytoecdystéroïdes sur le comportement
3.1.1 Introduction
3.1.2 Matériels et Méthodes
3.1.3 Résultats
3.1.4 Discussion
3.2 Détection des phytoecdystéroïdes chez Ostrinia nubilalis
3.2.1 Introduction
3.2.2 Matériels et Méthodes
3.2.3 Résultats
3.2.4 Discussion
3.3 Détection des phytoecdystéroïdes dans le genre Ostrinia
3.3.1 Introduction
3.3.2 Matériels et méthodes
3.3.3 Résultats
3.3.4 Discussion
4 Modulation de la perception
4.1 Est-ce qu’un pic d’ecdystéroïdes module la sensibilité gustative ?
4.1.1 Introduction
4.1.2 Matériels et méthodes
4.1.3 Résultats
4.1.4 Discussion
4.2 Effet d’une exposition à la 20E sur les sensilles gustatives
4.2.1 Introduction
4.2.2 Matériels et méthodes
4.2.3 Résultats
4.2.4 Discussion
4.3 Modulation de la sensibilité gustative par l’âge et le régime alimentaire
4.3.1 Introduction
4.3.2 Matériels et Méthodes
4.3.3 Résultats
4.3.4 Discussion
4.4 Conclusion
5 Quelles cellules répondent aux phytoecdystéroïdes ?
5.1 Introduction
5.2 Adaptation croisée
5.3 Mélanges binaires
5.3.1 Introduction
5.3.2 Matériels et Méthodes
5.3.3 Résultats
5.4 Intervalles inter-spikes (ISI)
5.5 Test de PSTH
5.6 Discussion
6 Conclusion générale
7 Bibliographie
8 ANNEXE I Photos d’Ostrinia nubilalis
9 ANNEXE II Composition du milieu alimentaire
10 ANNEXE III: Analyse statistique