Unité d'Entomologie fonctionnelle et évolutive

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Groupe "Entomologie fonctionnelle et interactions"

(Responsable : Prof Frédéric FRANCIS)

Les thématiques de recherche développées sont orientées afin de comprendre les interactions de plusieurs groupes d’insectes d’intérêts agronomiques, vétérinaires, ou médicaux entre eux ou avec d’autres éléments de leur environnement (plante-hôte, micro-organismes symbiotiques, auxiliaires entomophages). Les projets de recherche développés se basent sur une diversité d’approches multidisciplinaires telles que la systématique, l’écologie, la physiologie et allant jusqu’au développement d’outils moléculaires de protéomique et de génomique fonctionnels appliqués aux insectes modèles étudiés.
Des études fondamentales fonctionnelles afin d’investiguer les relations insectes- microorganismes symbiotiques, les relations insectes vecteurs –virus ainsi que les interactions plantes – insectes dans le cadre des élicitations et réactions de défense végétales sont notamment développées.
Sur base des résultats d’approches plus fondamentales, les objectifs de nos recherches sont de développer des finalités appliquées telles que la proposition de nouveaux moyens de luttes contre les insectes nuisibles en protection des cultures (utilisation de substances d’origine biologique ou ciblant spécifiquement un ravageur donné, limitant ainsi les effets sur l’environnement, les auxiliaires, la santé humaine) ou d’application à la valorisation de matières (biocarburant) dans un concept de développement durable.

Interactions plantes – insectes
Salives et éliciteurs de défense végétale
La co-évolution entre les plantes et les insectes est la thématique à la base de ces projets. En effet, le comportement alimentaire de nombreux insectes est directement lié à la présence de substances défensives dans la plante hôte. Ces dernières sont soit produites en continu, soit directement exprimées lors d’attaques par des pathogènes et des ravageurs.  Le type de dégâts engendrés par les insectes phytophages (piqûres, broyage du végétal) joue un rôle primordial dans l’élicitation des mécanismes de défense. En effet, les pucerons prélevant du phloème sont phénotypiquement considérés comme plus proches des champignons et bactéries phytopathogènes que d’autres insectes broyeurs. Les réponses de la plante font intervenir certaines voies de signalisation connues pour leur implication dans les interactions avec les micro-organismes pathogènes, principalement celle du jasmonate ou/et celle de l’acide salicylique. L’induction de la production de diverses molécules de défense par les pucerons, comme dans le cas des bactéries et champignons phytopatogènes, est liée à la voie des salicylates et engendre la productions de protéines PR (Pathogen Related) alors que les insectes broyeurs initient la production de molécules de défense volatiles en relation avec la voie du jasmonate. Par ailleurs, l’effet d’une attaque d’insectes sur les mécanismes de défense de la plante vis-à-vis d’une attaque subséquente par un micro-organisme pathogène ou vice-versa sont autant de question originales posées. Pour ce faire, plusieurs démarches sont entreprises : (1) l’identification des protéines de défense chez des plantes modèles (Arabidopsis thaliana, le tabac) lors d’attaques de pucerons et d’applications de salives aphidiennes; (2) l’étude de l’impact des défenses induites chez les plantes infestées par des pucerons sur d’autres pathogènes succédant aux attaques aphidiennes et l’identification des réactions de défense végétales en fonction du type d’agent phytopathogène insecte ou fongique; (3) le développement d’approches « omiques » pour identifier les éliciteurs présents notamment dans les salives de pucerons.

Interactions insectes - symbiontes

Le modèle “puceron”
Au vu du régime alimentaire phloèmophage des pucerons et des carences en nutriments azotés, de nombreuses études ont démontré la presence et la nécessité d’association avec des bactéries dites primaires, du genre Buchnera. De plus, des relations plus ciblées entre la présence de certains symbiotes secondaires et la capacité ou non à infester certaines plantes hôtes végétales ont également été identifiées. Dans ce cadre, des études utilisant souches sélectionnées (avec ou sans certains symbiotes) et l’utilisation d’antibiotiques dans des diètes sont menées afin de comprendre plus précisément “qui fait quoi” dans ces associations tant au niveau des relations trophiques que dans des interactions comme par exemple l’efficacité de transmission virale pour des virus transmis de manière persistante. 

Le modèle “termite”
Chez les termites, la contribution des micro-organismes à la digestion de la cellulose est essentielle. Afin de précisément déterminer le rôle respectif de l’insecte et des micro-organismes associés, nous développons des approches combinées (1) d’essais d’élevage sur diverses diètes afin de sélectionner certains microorganismes et (2) d’analyses protéomiques afin de détecter les activités enzymatiques d’intérêt. Ensuite, deux pistes sont développées : (1) la purification des bactéries symbiotiques à partir d’une biomasse suffisante de termites élevées au laboratoire et l’étude des protéines présentes, (2) l’élevage de termites ayant ingérés des antibiotiques afin d’éliminer les bactéries et l’étude des protéomes pour connaître les protéines réellement produites par les insectes. Des activités enzymatiques cellulase et glucanase sont également évaluées sur les bactéries extraites et sur les insectes « asymbiotiques ». La diversité des microorganismes sera alors investiguée et les espèces bactériennes d’intérêt sont alors sélectionnées pour être élevées en masse. Cette découverte pourrait permettre de transférer ces gènes d’intérêt dans des bactéries spécifiques qui pourraient alors produire des enzymes transformant les matières lignocellulosiques. Il serait alors envisageable de façon économique et durable de transformer du bois et d'autres matières à base de cellulose en éthanol, source alternative d’énergie notamment comme biocarburant.

Interactions virus - vecteurs
Les projets visent à mieux comprendre les interactions virus-insectes, soit dans le cadre du modèle « puceron – phytovirus » (en se focalisant principalement sur Myzus persicae, Acyrthosiphon pisum et Sitobion avenae) soit en se focalisant sur le modèle « moustique – virus » dans le cadre de maladies émergentes chez les hôtes animaux. Il s’agit de préciser les modalités de transmission des virus et de contribuer au développement et à la mise en place de méthodes de contrôle alternatives. Cet objectif principal est organisé autour d’axes particuliers de recherche :

1. L'étude de la transmission virale

Après l’identification et le typage des souches virales étudiées et la détermination des associations avec les espèces vectrices (chez les pucerons pour les phytovirus, chez les moustiques pour le modèle hématophage), l’étude de l’acquisition et de la transmission virale est réalisée en comparant les résultats à ceux obtenus pour des souches/clones vecteurs efficaces. L’objectif est ensuite d’identifier, au niveau moléculaire, les efficacités plus ou moins importantes de transmissions virales résultant des différences clonales pour cibler les récepteurs et autres protéines présents/absents impliqués dans ces interactions vecteurs-virus.  

1. Le développement de méthodes alternatives de contrôle

La stratégie de protection phytosanitaire exclusive est aujourd’hui de plus en plus remise en cause : objectiver les alternatives et indiquer les pistes à suivre pour développer des stratégies de contrôle intégrées est de plus en plus nécessaire. De récents développements technologiques permettent de proposer aujourd’hui des solutions alternatives aux insecticides pour le suivi et le contrôle des viroses transmises. Il est ainsi possible d’envisager la mise en place de diffuseurs phéromonaux pour éviter les infestations de pucerons dans les parcelles et l’insertion de bandes enherbées tampon pour réduire la charge virale transmise par simple piqûre d’essais.

Il s’agit de recherches liées à l’olfaction, la voie de synthèse des phéromones d’alarme, … L’objectif est de comprendre, jusqu’aux gènes qui les encodent, les mécanismes de biochimie et de génétique moléculaire qui régissent les interactions ravageurs – ennemis naturels. Le but étant d’une part fondamental (meilleure compréhension de la physiologie de l’insecte) mais aussi appliqué avec l’identification de nouvelles cibles potentielles pour le développement de nouveaux outils/stratégies de lutte (développement d’insecticides bio-rationnels).

Biodiversité et lutte biologique
Auxiliaires entomophages et foodweb
Dans le cadre de la mise en oeuvre du contrôle biologique des ravageurs, l’étape essentielle est de caractériser l’entomofaune liée à la culture et à l’environnement ciblés. En effet, la connaissance de la diversité et de l’abondance des insectes au sein de chaque guilde (les ravageurs phytophages, les auxilalires entomophages parasites et prédateurs et les niveaux trophiques supérieurs) est le préalable à tout succès de lutte biologique. C’est pourquoi, tant sur des cultures tempérées que tropicales, des surveillances entomologiques sont réalisées afin de caractériser l’entomofaune utile (et/ou nuisible) en fonction de la diversité végétale et que des réseaux alimentaires “foodweb” sont quantifiés afin de cibler les ravageurs ayant un impact significatif et les auxilaires naturellement presents et participant à la réduction de leurs populations. Aussi, l’effet de l’aménagement de l’environnement proche des parcelles cultivées (mesures agro-environnementales, cultures associées, ..) est étudié dans diverses situations culturales.

Entomotoxines
Afin de proposer de nouvelles applications basées sur la transformation et la valorisation de ressources vivantes, des produits sont étudiées afin d’améliorer la qualité de vie et le bien-être des populations humaines en préservant l’environnement. En particulier, sur base de l’étude des interactions faisant intervenir des insectes ravageurs et auxiliaires, des formulations d’entomotoxines visant l’antibiose et de médiateurs chimiques visant l’antixénose et/ou l’attraction des insectes utiles sont investiguées.

Biodiversité et entomophagie
Collecte – élevage et caractérisation techno-fonctionnelle
Dans le cadre de l’entomophagie, la valorisation des insectes en terme de ressource alimentaire pour les animaux et l’homme est développée. Deux approches sont possibles (1) la collecte et le conditionnement d’insectes comestibles très abondants en régions tropicales, et généralement dommageables aux cultures ; (2) la mise en œuvre d’élevage de masse d’espèces d’insectes comestibles à un coût raisonnable en Europe comme sous les tropiques, adaptant le conditionnement et la formulation selon les conditions locales ciblées.   
A côté des études menées sur les aspects purement alimentaire, des approches d’enquêtes mais aussi de tests de degustation d’insectes diversement formulés sont realisés afin d’investiguer et de comprendre les comportements des consommateurs potentiels en integrant les paramètres socio-culturels dans les choix observés.