Biocontrôle : communication des insectes

Comment les insectes communiquent-ils entre eux et avec les plantes ? Et comment intégrer ces connaissances sur leur communication dans la recherche de solutions de biocontrôle ?

Tous les êtres vivants émettent un grand nombre de molécules dans leur environnement. Lorsque ces molécules sont perçues par d’autres organismes. Elles constituent alors des signaux chimiques, aussi appelés médiateurs chimiques. Ils jouent un rôle primordial dans les interactions entre plantes, animaux et microorganismes. Si ce mode de communication est universel, il est particulièrement développé chez les insectes. Chez ces derniers, la détection de sources de nourriture, de partenaires sexuels ou encore de prédateurs repose en grande partie sur les sens du goût et de l’odorat. Ainsi, l’étude de la communication chimique chez les insectes a depuis longtemps suscité l’intérêt des chercheurs. Afin de pouvoir répondre à la question : comment intégrer les connaissances sur la communication des insectes dans la recherche de solutions de biocontrôle ?

Les nombreuses connaissances acquises, depuis la nature exacte des signaux chimiques jusqu’à la façon dont les insectes les perçoivent, sont à la base de solutions de biocontrôle pour lutter contre certains insectes ravageurs de plantes cultivées.

Une extraordinaire diversité de médiateurs chimiques !

Les médiateurs chimiques régulent de nombreux comportements chez les insectes. Les signaux chimiques d’une même espèce sont appelés phéromones :

  • sexuelles quand elles interviennent dans la reproduction,
  • d’agrégation ou de piste pour la recherche de nourriture,
  • d’alarme pour avertir ses congénères d’un danger ou encore sociaux comme par exemple pour maintenir la hiérarchie dans les ruches d’abeilles.

Entre espèces, on parle de composés allélochimiques. Il en existe trois catégories :

  • allomone quand le signal est uniquement bénéfique pour l’émetteur,
  • kairomone quand il ne l’est que pour le récepteur. C’est notamment le cas des insectes herbivores qui détectent les signaux kairomones des plantes cibles,
  • synomone quand c’est bénéfique pour les deux. Par exemple, molécules odorantes des fleurs pour la pollinisation par les insectes.

Les insectes peuvent les capter par olfaction dans le cas des molécules volatiles. Ils peuvent également les capter par gustation. C’est le cas par exemple de molécules présentes à la surface des feuilles. Les molécules volatiles sont soit des terpénoïdes, soit des benzénoïdes soit des dérivés des acides gras. L’olfaction permet à l’insecte de différencier un très grand nombre d’odorants. Par contre, la gustation ne lui permet qu’une discrimination plus limitée de saveurs : sucrée, salée, amère, acide, umami (comme les mammifères). Mais, elle permet également des stimuli tels que le calcium, la carbonation, les acides aminés et les acides gras.

Les saveurs sucrées, les sels en faible concentration et les acides aminés sont généralement appétents pour les insectes. Alors que les sels à forte concentration et les métabolites secondaires des plantes ont une activité anti-appétente. La sélection de la plante hôte par les insectes herbivores dépend donc de la balance entre ces deux catégories de composés.

Un système chimiosensoriel complexe spécifique aux insectes

Grâce aux avancées dans les techniques de neuroanatomie, d’imagerie fonctionnelle, d’électrophysiologie, de génétique ou encore de bioinformatique, nous avons, aujourd’hui, une compréhension particulièrement avancée de l’anatomie et du fonctionnement des systèmes olfactif et gustatif chez de nombreux insectes.

Comme tout système sensoriel, le système chimiosensoriel des insectes est organisé en un système périphérique. Il est constitué d’organes sensoriels qui assurent la détection des stimuli chimiques. Il a également un système central. Ce dernier assure le traitement du message nerveux généré par ces organes en vue d’une réponse comportementale ou physiologique adaptée.

Les insectes ont un squelette externe, formé d’une cuticule rigide. Cette dernière sert de barrière protectrice contre le milieu environnant. Cette cuticule est parsemée de structures spécialisées, appelées sensilles. Ils permettent à l’insecte de détecter une très grande diversité de stimuli : signaux olfactifs, gustatifs, tactiles, variations de température ou d’hygrométrie. Dans le cas des sensilles chimioréceptrices (olfactives et gustatives), celles-ci assurent le transfert du stimulus jusqu’aux neurones sensoriels. Il s’agit des neurones récepteurs olfactifs (NRO) et gustatifs (NRG).

Les sensilles olfactives sont essentiellement présentes sur les antennes. Alors que les sensilles gustatives sont réparties sur le corps de l’insecte. Puisqu’elles sont distribuées sur les pièces buccales, les pattes, les antennes, les ailes et les organes génitaux. Contrairement à notre épithélium olfactif invaginé dans la cavité ou aux bourgeons du goût
localisés sur notre langue, les structures olfactives et gustatives des insectes sont tournées vers l’extérieur. Cela autorise, par exemple, un suivi en temps réel, donc plus rapide, de
l’environnement olfactif.
Les milliers de sensilles olfactives des insectes sont en réalité autant de nez miniatures aux propriétés de détection différentes. De plus, les neurones y sont
organisés selon un patron morphologique et physiologique très précis pour chaque espèce.

Une voie de recherche importante dans le développement de solutions de biocontrôle

L’importance des médiateurs chimiques dans l’induction de comportements chez les insectes a motivé leur étude depuis plus de 50 ans pour le contrôle des insectes ravageurs.
A l’heure actuelle, ce sont les phéromones qui sont les plus utilisées, en raison de leur efficacité, de leur spécificité et de leur absence de toxicité.

L’étude des allomones végétales permet de mieux comprendre le comportement et la coévolution des organismes. Les allomones permettent aux plantes de développer plusieurs stratégies envers les ravageurs pour affecter leur potentiel biotique. Elles peuvent posséder des caractéristiques structurales permettant d’opposer une barrière physicochimique mécanique ou chimique. Cette barrière freine alors l’installation ou la progression d’un parasite. D’autres ont un effet inhibiteur sur le développement de plantes concurrentes.

Les médiateurs chimiques pour le contrôle des insectes

Il existe différentes utilisations des médiateurs chimiques pour le contrôle des insectes :

  • Surveillance des populations d’insectes ravageurs afin d’alimenter des outils d’aide à la décision. Elle est particulièrement efficace pour les espèces difficiles à surveiller par d’autres méthodes parce que très petites ou menant une vie cachée. Par exemple : cécidomyie des tiges du blé, mineuse de la tomate.
  • Piégeage de masse ou approche « Attract and Kill » : l’objectif est de piéger une grosse proportion dans le but d’en réduire l’effectif. Les leurres sont associés à des pièges de grosse capacité pouvant contenir des produits insecticides.
  • Confusion sexuelle : c’est la méthode actuellement la plus utilisée. La diffusion de phéromones sexuelles entraîne la désorientation du sexe receveur. Ce dernier ne peut plus dépister le sexe émetteur et donc perturbe leur reproduction.
  • Approche « Push-Pull : elle associe des molécules ou des plantes de service répulsives. Celles-ci éloignent les ravageurs et des molécules ou plantes attractives combinées éventuellement avec des pièges placés en bordure de champ pour éliminer les ravageurs. Par exemple : certaines variétés de maïs qui attirent le virus Y de la pomme de terre.
  • Cultivars olfactivement « résistants » : les variétés d’une même espèce peuvent avec des bouquets de composés organiques volatils différents. Parr conséquent, elles ont une attractivité variable pour les insectes ravageurs. Ces variétés moins attractives peuvent être déjà existantes ou être obtenues par sélection (ex colza avec la mouche du chou).

Les kairomones impliquées dans l’attraction des insectes vers les plantes offrent des perspectives encore peu exploitées. Mais des travaux sont d’ors et déjà en cours contre le
bruche de la féverole ou encore contre la pyrale du maïs.

Source :
FAUVERGUE X., RUSCH A. et al, 2020. Biocontrôle : éléments pour une protection agroécologique des cultures. Editions Quae.

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