Insights into the Evolution of Moth Pheromone Communication: Lessons from the European Corn Borer
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in French
La rencontre des sexes est une nécessité pour la majeure partie des organismes appartenant au règne animal. Au cours de l’évolution, différentes modalités sensorielles, comme la vue, l’ouie et l’odorat, sont apparues et ont été perfectionnées pour permettre aux organismes de percevoir l’environnement qui les entourent, et de communiquer. Reconnaître ses pairs de ses ennemis est une tâche cruciale pour la survie des individus de chaque espèce. Divers modes de communication ont évolué, chacun se basant sur une modalité sensorielle déterminée. La forme de communication la plus ancienne et la plus répandue est la communication chimique, c’est-à-dire celle qui est définie par l’emploi de molécules chimiques perçues par chémosensation (typiquement, le goût et l’odorat). Le terme phéromone décrit les molécules chimiques utilisées dans le cadre de la communication entre individus de la même espèce (intraspécifique) ; les phéromones sexuelles sont celles qui jouent un rôle dans le cadre de la reproduction des organismes. L’attraction des partenaires, le choix des partenaires ou encore l’identification de l’espèce font partie des rôles joués par les phéromones sexuelles. En outre, l’isolement reproductif entre espèces est souvent lié à l’utilisation de phéromones sexuelles différentes. Ceci est particulièrement vrai chez les insectes.
Les papillons de nuit ont très tôt attiré l’attention des scientifiques en raison du rôle central joué par les phéromones sexuelles dans leur système de reproduction. Dans la majorité des cas, les femelles émettent un bouquet de molécules phéromonales qui attirent les mâles par-delà des distances considérables de l’ordre de l’hectomètre voire du kilomètre ! Une fois arrivés à proximité de leur compagne d’un soir, les papillons mâles entament une danse prénuptiale. Chez certaines espèces, la parade sexuelle est accompagnée de l’émission de parfums aphrodisiaques permettant aux femelles d’évaluer leurs Don Juans ailés.
Une des questions fondamentales de la biologie évolutive moderne est de comprendre ce qu’il se passe lors de la naissance d’une nouvelle espèce lorsque deux groupes d’individus divergent pour former chacun leur propre espèce. En particulier, qu’arrive-t-il aux phéromones qui orchestrent la rencontre des sexes au cours de cette divergence ? Cette thèse adresse cette vaste question et apporte des éléments de réponse. Dans le cadre de ma recherche, j’ai employé comme modèle la pyrale du maïs Ostrinia nubilalis (Hübner) (Lepidoptera : Crambidae). En plus d’être un important ravageur du maïs en Europe et en Amérique du Nord, la pyrale est devenue une espèce de choix pour étudier les bases moléculaires et génétiques de la divergence d’un système phéromonal. En effet, il existe deux souches de pyrales qui diffèrent principalement par les phéromones qu’elles utilisent. En outre, le système est simple en apparence puisque seulement deux molécules entrent dans la composition du mélange phéromonal. La différence entre les souches vient de l’utilisation de proportions différentes.
Cette thèse rapporte mes contributions à une meilleure compréhension du système de communication de la pyrale du maïs. En résumé, je rapporte l’identification du gène pgFAR responsable de la différence observée au niveau des phéromones femelles. L’isolation du même gène chez des espèces apparentées à la pyrale révèle que celui-ci module aussi la proportionnalité des composés phéromonaux utilisés par ces autres espèces. L’évolution de ce gène apparaît donc directement liée à la diversification des types de phéromones utilisés dans le genre Ostrinia et, par extension, la spéciation au sein du genre. Par ailleurs, nos expériences démontrent que le changement dans la séquence de protéine d’un acide aminé particulier peut induire à lui seul un changement dans l’activité de la protéine qui conduirait à la production de phéromones différentes. J’ai également étudié la variation dans certains gènes encodant les récepteurs de la phéromone femelle que les mâles possèdent au niveau de leur système olfactif. Certains de ces gènes présentent des différences marquées entre souches, ce qui indique qu’ils ont un rôle dans la différence observée au niveau de la réceptivité des mâles aux phéromones femelles. Enfin, dans le dernier chapitre de la thèse, je décris l’identification de la phéromone sexuelle émise par les mâles durant la parade pré-copulatoire. Le parfum des mâles permet aux femelles d’identifier à quelle espèce ils appartiennent et de les choisir sur base de leur âge.
La rencontre des sexes est une nécessité pour la majeure partie des organismes appartenant au règne animal. Au cours de l’évolution, différentes modalités sensorielles, comme la vue, l’ouie et l’odorat, sont apparues et ont été perfectionnées pour permettre aux organismes de percevoir l’environnement qui les entourent, et de communiquer. Reconnaître ses pairs de ses ennemis est une tâche cruciale pour la survie des individus de chaque espèce. Divers modes de communication ont évolué, chacun se basant sur une modalité sensorielle déterminée. La forme de communication la plus ancienne et la plus répandue est la communication chimique, c’est-à-dire celle qui est définie par l’emploi de molécules chimiques perçues par chémosensation (typiquement, le goût et l’odorat). Le terme phéromone décrit les molécules chimiques utilisées dans le cadre de la communication entre individus de la même espèce (intraspécifique) ; les phéromones sexuelles sont celles qui jouent un rôle dans le cadre de la reproduction des organismes. L’attraction des partenaires, le choix des partenaires ou encore l’identification de l’espèce font partie des rôles joués par les phéromones sexuelles. En outre, l’isolement reproductif entre espèces est souvent lié à l’utilisation de phéromones sexuelles différentes. Ceci est particulièrement vrai chez les insectes.
Les papillons de nuit ont très tôt attiré l’attention des scientifiques en raison du rôle central joué par les phéromones sexuelles dans leur système de reproduction. Dans la majorité des cas, les femelles émettent un bouquet de molécules phéromonales qui attirent les mâles par-delà des distances considérables de l’ordre de l’hectomètre voire du kilomètre ! Une fois arrivés à proximité de leur compagne d’un soir, les papillons mâles entament une danse prénuptiale. Chez certaines espèces, la parade sexuelle est accompagnée de l’émission de parfums aphrodisiaques permettant aux femelles d’évaluer leurs Don Juans ailés.
Une des questions fondamentales de la biologie évolutive moderne est de comprendre ce qu’il se passe lors de la naissance d’une nouvelle espèce lorsque deux groupes d’individus divergent pour former chacun leur propre espèce. En particulier, qu’arrive-t-il aux phéromones qui orchestrent la rencontre des sexes au cours de cette divergence ? Cette thèse adresse cette vaste question et apporte des éléments de réponse. Dans le cadre de ma recherche, j’ai employé comme modèle la pyrale du maïs Ostrinia nubilalis (Hübner) (Lepidoptera : Crambidae). En plus d’être un important ravageur du maïs en Europe et en Amérique du Nord, la pyrale est devenue une espèce de choix pour étudier les bases moléculaires et génétiques de la divergence d’un système phéromonal. En effet, il existe deux souches de pyrales qui diffèrent principalement par les phéromones qu’elles utilisent. En outre, le système est simple en apparence puisque seulement deux molécules entrent dans la composition du mélange phéromonal. La différence entre les souches vient de l’utilisation de proportions différentes.
Cette thèse rapporte mes contributions à une meilleure compréhension du système de communication de la pyrale du maïs. En résumé, je rapporte l’identification du gène pgFAR responsable de la différence observée au niveau des phéromones femelles. L’isolation du même gène chez des espèces apparentées à la pyrale révèle que celui-ci module aussi la proportionnalité des composés phéromonaux utilisés par ces autres espèces. L’évolution de ce gène apparaît donc directement liée à la diversification des types de phéromones utilisés dans le genre Ostrinia et, par extension, la spéciation au sein du genre. Par ailleurs, nos expériences démontrent que le changement dans la séquence de protéine d’un acide aminé particulier peut induire à lui seul un changement dans l’activité de la protéine qui conduirait à la production de phéromones différentes. J’ai également étudié la variation dans certains gènes encodant les récepteurs de la phéromone femelle que les mâles possèdent au niveau de leur système olfactif. Certains de ces gènes présentent des différences marquées entre souches, ce qui indique qu’ils ont un rôle dans la différence observée au niveau de la réceptivité des mâles aux phéromones femelles. Enfin, dans le dernier chapitre de la thèse, je décris l’identification de la phéromone sexuelle émise par les mâles durant la parade pré-copulatoire. Le parfum des mâles permet aux femelles d’identifier à quelle espèce ils appartiennent et de les choisir sur base de leur âge.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2010
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Chemical Ecology and Ecotoxicology, Department of Biology, Lund University
Ämne
- Ecology
- Biological Sciences
Nyckelord
- biosynthetic enzymes
- evolution
- Ostrinia nubilalis
- mate choice
- mate finding
- olfaction
- biosynthesis
- speciation
- moth
- pheromone
- olfactory receptors.
Status
Published
Projekt
- Evolutionary mechanisms of pheromone divergence in Lepidoptera
Forskningsgrupp
- Pheromone Group
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7473-022-7
Försvarsdatum
1 oktober 2010
Försvarstid
10:00
Försvarsplats
Blå Hallen, Ekologihuset
Opponent
- James Mallet (Professor)