Effets de l’origine géographique sur le comportement de

MEMOIRE DE STAGE

Effets de l’origine géographique sur le comportement

de reproduction d’un insecte parasitoïde, Psyttalia

lounsburyi (Hymenopterae : Opiinae)

Grégory MOLLOT Master 1 S3 « Ecologie, Evolution et Plasticité des Génomes »

Encadrant

Dr Xavier Fauvergue

Laboratoire d’accueil Equipe Biologie des Populations en Interaction (BPI)

UMR 1301 INRA – UNSA – CNRS « Interactions Biotiques et Santé Végétale »

Centre INRA de Sophia Antipolis

Origine géographique et comportement de reproduction d’un insecte parasitoïde : Psyttalia lounsburyi

2

Juin 2008

Photo de la page de garde : « un mâle et une femelle Psyttalia se nourrissant de miel » (photo personnelle)


3

Table des matières

Résumé .................................................................................................................................... 5

I) Introduction ........................................................................................................................ 6

1) L’hybridation en biologie de l’invasion............................................................................... 6

a) Divergence des populations...................................................................................... 6

b) Hybridation intraspécifique...................................................................................... 7

c) L’hybridation peut favoriser les bioinvasions .......................................................... 8

d) L’isolement reproducteur peut contraindre l’hybridation ........................................ 9

2) Une approche originale ........................................................................................................ 10

a) Un programme de recherche basé sur la lutte biologique ........................................ 10

b) Le modèle biologique : une guêpe parasitoïde......................................................... 10

c) La recherche de partenaire sexuel ............................................................................ 10

d) Objectifs ................................................................................................................... 12

II) Démarche expérimentale.................................................................................................. 13 1) Tâches préalable aux expérimentations : l’élevage des parasitoïdes ................................... 13

a) Préparation du milieu d’élevage............................................................................... 13

b) Elevage des hôtes ..................................................................................................... 13

c) Elevage des parasitoïdes........................................................................................... 12

2) Plan expérimental................................................................................................................. 14

a) Traitements ............................................................................................................... 14

b) Structure du plan expérimental ................................................................................ 14

c) Mesures .................................................................................................................... 14

d) Analyse des données ................................................................................................ 15

3) Protocole expérimental ........................................................................................................ 15

a) Conditionnement des parasitoïdes............................................................................ 15

b) Expérience de recherche de partenaire..................................................................... 16

III) Résultats & discussion .................................................................................................... 16 1) Lieu d’atterrissage................................................................................................................ 16

2) Temps de latence et temps de vol ........................................................................................ 18

3) Limites de l’expérience........................................................................................................ 19

IV) Perspectives ...................................................................................................................... 19

Références ............................................................................................................................... 21


4


5

Résumé Pour Ernst Mayr (1963), une espèce biologique se défini comme une communauté de

populations, reproductivement isolées d’autres communautés et occupant une niche

écologique particulière dans la nature. L’isolement reproducteur est donc au cœur de cette

notion, ce mécanisme est un moteur pour l’évolution. L’isolement prézygotique agi avant la

fécondation, et l’isolement postzygotique, après. Les bioinvasions suscitent de plus en plus d’intérêt dans la société, que ce soit d’un

point de vue agronomique, santé, biodiversité, protection de l’environnement ou même

purement académique. Il reste énormément d’inconnus dans le déroulement d’une invasion.

Le seul moyen d’étudier les paramètres sur le terrain est d’en provoquer une

intentionnellement (en réalisant plusieurs répétitions), et c’est l’ambition d’un projet ANR

« bioinvasion-biodiversité » actuellement en cours à l’INRA, en utilisant une application

concrète, la lutte biologique classique.

L’hypothèse de travail est qu’une hybridation pourrait expliquer le succès invasif

d’une population dans une zone donnée. Le stage propose de s’intéresser plus

particulièrement à l’isolement prézygotique et à ses composantes, chez un insecte parasitoïde,

Psyttalia lounsburyi, qui sera utilisé pour lutter contre la mouche de l’olive. L’objectif de mon

travail est de tester l’effet de l’éloignement géographique et génétique sur le comportement de

reproduction de cet insecte à certaines étapes clés précédant la fusion des gamètes, en

comparant le comportement de recherche de partenaire sexuel en fonction de l’origine

géographique. La finalité étant de guider les lâchers qui auront lieu dès l’été 2008 dans le sud

de la France et en Corse. Sur le comportement testé dans ce travail, les résultats n’ont pas

montré de différence significative. Les causes de ce résultat seront discutées.

Mots-clé : Comportement de reproduction ; isolement prézygotique ; hybridation

interspécifique ; bioinvasion ; parasitoïde.


6

I) Introduction

1) L’hybridation en biologie de l’invasion

a) Divergence des populations

Une espèce biologique occupe une aire de répartition qui lui est propre, qui peut être

constituée de plusieurs types d’environnements. Les forces évolutives (voir encadré 1) qui

s’exercent sur un ensemble d’individus dans un environnement donné (une population)

entraînent une adaptation à l’environnement local. De ce fait, on constate que les populations

qui occupent des environnements différents ont tendance à diverger les unes des autres d’un

point de vue génétique et phénotypique (Questiau, 1999). Cette divergence est d’autant plus

importante que les pressions de sélections locales et la dérive génétique sont fortes, et que les

migrations d’individus entre les populations sont faibles (Dodd, 1989). Aussi, il a été montré

que la compatibilité reproductrice entre populations est corrélée à leur degré de divergence.

En général plus la divergence génétique est grande et plus l’isolement reproducteur est grand,

Cette règle a notamment été illustré par le phénomène de renforcement qui peut conduire à la

spéciation (Coyne & Orr, 1989, voir encadré 1). La compréhension des mécanismes

d’isolement reproducteur, qu’ils soient pré- ou post-zygotiques, est cruciale pour étudier la

compatibilité entre des populations divergentes dans le cadre d’une hybridation

intraspécifique (Mallet, 2005).


7

Encadré 1 : Les mécanismes de l’évolution

- Forces évolutives, elles s’exercent sur les populations et sont susceptibles de modifier la fréquence des

génotypes, elles peuvent modifier des caractères morphologiques, physiologiques ou comportementaux. Elles se

caractérisent par différents mécanismes que sont la mutation, la dérive, la sélection naturelle, la migration

(Danchin & al., 2005).

La mutation : elle résulte d’erreurs commises lors de la réplication des gènes et entraîne l’apparition de

nouveaux génotypes. Elle peut se produire de différentes manières (substitution, délétion, insertion) mais sa

fréquence d’apparition reste assez faible par génération, et à elle seule, la mutation n’est pas un facteur évolutif

entraînant de rapides variations des fréquences alléliques. La théorie neutraliste de l’évolution conjugue l’action

des mutations avec celle de la dérive.

La dérive génétique : processus de fluctuation aléatoire de la fréquence des gènes au cours des

générations. Elle est à l’origine de la fixation hasardeuse de certains allèles, son impact est inversement

proportionnel à la taille de l’échantillon. Dans le cas des petites populations, la composition alléliques va

largement fluctuer.

La sélection naturelle : processus de tri entre différents variants phénotypiques en fonction de la

capacité à survivre et à produire une descendance féconde. Darwin en a fait le moteur de l’évolution. Il y a

sélection si les différents génotypes ne participent pas de façon égale à la constitution génotypique de la

génération suivante, donc si l’un d’entre eux à un avantage sélectif sur un autre.

La migration : elle correspond au flux de gènes existants entre les sous populations d’une même

espèce, par le biais du déplacement des individus.

- L’expérience de Coyne & Orr

Coyne & Orr ont démontré en 1989 les relations qui existent entre quatre variables (isolement pré- et

post-zygotique, distance génétique et distributions géographiques) sur 42 paires d’espèces de drosophile. Ils ont

montré qu’au fur et à mesure que le temps s’écoule depuis la séparation entre deux espèces, les modifications du

génome qui s’accumulent dans chacune d’entre elles augmentent leur distance génétique. Cette divergence

génétique entre les espèces les amène à ne plus rencontrer ou à ne plus se reconnaître, ce qui constitue

l’isolement prézygotique. S’il y a reconnaissance, un contact secondaire entre les deux espèces leur permettant

de s’hybrider malgré tout, les différences génétiques mèneront à une descendance non viable ou stérile, c’est

l’isolement postzygotique.

b) Hybridation intraspécifique

La production d’hybrides à partir de souches d’origines géographiques différentes est

contrainte par des barrières morphologique, physiologique ou même comportementale, c'est-

à-dire par leurs préférences à certaines étapes clés précédant la fécondation des gamètes. Ce

mécanisme d’isolement reproducteur prézygotique, pouvant empêcher le déroulement de

l’accouplement, et qui est un facteur important pour maintenir la séparation entre les

populations (Kirkpatrick, 2002), se traduit par des choix de partenaires sexuels qui vont

influencer la structure génétique de la descendance.

D’un point de vue individuel, les conséquences de l’hybridation entre individus

différenciés sont à l’origine de phénomènes qui peuvent être bénéfiques, néfastes ou sans

effets (Edmands, 2002). Les conséquences de l’hybridation intraspécifique peuvent se traduire

par une augmentation de fitness (voir encadré 2) dans la descendance, appelée hétérosis (voir

encadré 2), et une augmentation de l’aptitude phénotypique, la vigueur hybride (Edmands,

2007, voir encadré 2). Ces deux conséquences peuvent à terme provoquer la réduction voire

l’extinction des souches parentales (Facon, 2005) si l’hybride est devenu plus compétitif.

Plusieurs mécanismes expliquent ce phénomène :

- l’hétérosis est le résultat de la création de relations épistatiques (voir encadré 2) qui

n’existaient pas chez les parents, dans ce cas, l’interaction nouvellement créée entre deux ou

plusieurs gènes engendre une descendance plus performante que les parents


8

- la superdominance (voir encadré 2) peut aussi

expliquer l’apparition de l’hétérosis et son augmentation de

fitness par l’effet synergique de deux allèles dominants

- une simple relation de dominance entre de « bons

allèles », correspondant à de meilleures performances

phénotypiques sur un caractère donné.

A contrario, on peut aussi s’attendre à l’effet

inverse, c'est-à-dire à ce que la progéniture souffre de

dépression hybride (voir encadré 2). Les mécanismes

responsables de cet effet néfaste sont les mêmes que ceux

cités ci-dessus, mais leur effet est inversé. Dans ce cas, une

diminution dans la viabilité et/ou la stérilité s’exprime en

deuxième génération (F2) ou dans les générations suivantes,

compromettant ainsi le maintient de la descendance

(Edmands, 2002). Dans de très rares cas, l’hybridation

n’aura aucune conséquence.

D’un point de vue populationnel, le mélange de

matériel génétique provenant de populations qui ont

divergés, va conduire à une augmentation de la variance

génétique (voir encadré 2) dans la population de

descendants. Cette plus grande variabilité lui permet d’avoir

une plus grande prise à la sélection naturelle pour

finalement permettre un plus grand pouvoir d’adaptation

aux conditions locales.

c) L’hybridation peut favoriser les

bioinvasions

Ce phénomène d’hybridation est supposé

particulièrement important en biologie de l’invasion (Facon,

2005). En effet, il n’est pas rare de constater que les

populations invasives soient le résultat d’introductions

multiples de propagules provenant d’environnements

différents, suivies d’hybridations dans la zone envahie

(Ellstrand, 2000). La littérature a largement documenté ce

phénomène dans le monde végétal, comme pour le cas de

Spartina anglica, taxon dérivé des deux taxons parentaux

Spartina alterniflora et Spartina maritima (Ellstrand, 2000),

une plante pérenne qui a envahie l’Europe.

Par contre, nos connaissances sur le processus invasif d’une

espèce animale sont très limitées et assez récentes. Des

observations et l’étude de certains cas d’invasions fortuites

tels que le lézard cubain Anolis sagrei en Floride (Facon

,2005), ou l’escargot Melanoides tuberculata en Martinique

(Kolbe, 2004) ont permis de montrer que l’hybridation était

impliquée dans l’invasion.

Encadré 2 : Génétique des

populations

- Fitness (Valeur sélective) :

Mesure, absolue ou relative, du

succès d’un génotype au sein

d’une population donnée,

apprécié d’après sa variation de

fréquence entre deux

générations (Danchin et al.,

2005).

- Aptitude phénotypique :

capacité d’un individu (ou

capacité moyenne d’un

phénotype) à produire des

descendants matures,

relativement aux autres

individus de la même

population et au même moment

(Danchin et al., 2005).

- Hétérosis (vigueur hybride) :

augmentation de fitness dans la

descendance d’un croisement

entre parents génétiquement

divergents (Edmands, 2002).

- Epistasie : terme souvent

utilisé en génétique des

populations pour désigner une

interaction entre gènes, il

s’applique aux situations dans

lesquelles l’effet génétique des

différents loci qui contribue a

un trait phénotypique n’est pas

additive (Hartl & Clark, 1997).

- Superdominance : aussi

appelée supériorité de

l’hétérozygote, quand la fitness

de l’hétérozygote est plus

élevée que les deux

homozygotes réunis (Hartl &

Clark, 1997).

- Dépression hybride :

diminution de fitness exprimée

en deuxième génération ou

dans les générations suivantes

due au croisement entre des

parents génétiquement

divergents (Edmands, 2002).

- Variance génétique :

variance d’un trait qui résulte

des différences génétiques

parmi les individus d’une

population (Hartl & Clark,

1997).


9

Ces observations en biologie de l’invasion ont permis de générer une hypothèse :

l’hétérosis et/ou une augmentation de la variance génétique suivie d’une sélection post-

introduction pourrait expliquer le succès invasif.

d) L’isolement reproducteur peut contraindre l’hybridation

Cette hypothèse soulève néanmoins un autre problème. En effet, des traits

phénotypiques impliqués dans la reproduction (recherche de partenaires sexuels,

accouplement, fécondation…) peuvent aussi diverger soit par sélection directe (Questiau,

1999), soit de façon indirecte par pléiotropie (voir encadré 3), ce qui peut alors entraîner des

isolements reproducteurs, et empêcher l’hybridation.

L’évolution adaptative de l’isolement prézygotique après un contact secondaire, a été

considérée dans la littérature comme la cause de la divergence des préférences pour tel ou tel

trait (choix du partenaire sexuel). Lors de la reproduction, la divergence des préférences

conduit à une faible probabilité de rencontre entre les souches différenciées, ce qui entraîne

une faible fréquence d’hybride produit (Servidio, 2001).

D’une manière plus générale, il y a donc des avantages et des inconvénients aux

différents types de croisements. On peut considérer qu’il existe un continuum qui va de

l’autofécondation ou du croisement entre apparentés, et donc la dépression de consanguinité

(voir encadré 3), au croisement interspécifique, autre source de diminution de fitness

(outbreeding depression). Dans ce continuum, il existe un optimum qui va varier selon les

espèces et/ou les conditions environnementales. La question se pose donc dans le cas de la

colonisation d’un nouveau milieu, pourrai-t-il y avoir un bénéfice à l’hybridation entre

différentes populations d’une espèce invasive se retrouvant dans la même zone cible ? Les

discussions abordant ce point restent assez contradictoires, et le processus même de l’invasion

biologique, notamment lors des premières phases, est peu connu.

Encadré 3 : Précisions

- Sélection directe : la sélection est dite directe quand l’allèle privilégié affecte la fitness sans tenir compte du

fond génétique dans lequel il est trouvé (Servidio, 2001).

- Pléiotropie : la fitness est déterminée par beaucoup de gènes qui interagissent les uns avec les autres ; les gènes

ont un effet pléiotropique sur le phénotype, ils peuvent tous potentiellement affectés tout les traits d’un

organisme (Hartl & Clark, 1997).

- Dépression de consanguinité (Inbreeding depression) : diminution de fitness dans la descendance de parents

proches génétiquement (Edmands, 2002).

- Outbreeding depression : Diminution de fitness dans la descendance d’un croisement entre parents

génétiquement divergent (Edmands, 2002).


10

Bactrocera oleae, la mouche de l’olive

(Photo : R. Copeland)

2) Une approche originale

a) Un programme de recherche basé sur la lutte biologique

Les paramètres déterminants le succès ou l’échec d’une invasion sont supposés être

liés à la démographie de la population et à sa structure génétique, cependant il ne s’agit que

d’une hypothèse, étant donné la difficulté de détection de l’invasion dans ses phases précoces,

et de son suivi. L’étude de ces paramètres fait l’objet

d’un programme de recherche (financement ANR) dont

la finalité est de mieux comprendre les facteurs qui

expliquent les succès et les échecs des bioinvasions.

Dans le cadre de ce programme, un des aspects est de

tester l’effet de l’hybridation sur le déroulement d’une

invasion, en utilisant la lutte biologique classique

comme méthode expérimentale. La lutte biologique

classique est définie comme l’introduction

intentionnelle d’insectes parasitoïdes (pas uniquement)

exotiques pour un établissement permanent, afin de

lutter contre un ravageur (Malausa, et al., sous presse).

b) Le modèle biologique : une guêpe

parasitoïde

Nous disposons au laboratoire de deux souches d’une guêpe parasitoïde, Psyttalia

lounsburyi (Hymenopterae : Braconidae*), qui a pour hôte unique Bactrocerae oleae

(Dipterae : Tephritidae) (photo), la mouche de l’olive, un ravageur mondial en oléiculture.

Les deux souches ont des origines géographiques différentes, l’une ayant été collecté au

Kenya entre 2002 et 2005 à une altitude d’environ 2000 mètres, et l’autre provenant d’Afrique

du Sud, à environ 350 mètres d’altitude, les deux sites étant espacés de 3500 kilomètres. La

distance génétique calculée entre les deux souches nous donne un indice de divergence très

fort, Fst = 0.28 (Bon et al., sous presse), semblable à ceux calculés entre deux sous espèces

différentes. Dans son aire de répartition d’origine, P. lounsburyi est un des ennemis naturels

de B. oleae, qui infeste les oliviers sauvages. Le pourtour méditerranéen abrite une espèce

proche, P. concolor, qui ne parvient pas à s’établir dans les zones aux hivers trop froids,

malgré des lâchers réalisés depuis 1927 pour lutter contre la mouche de l’olive.

L’approche expérimentale par l’introduction d’une guêpe parasitoïde constitue un

modèle de choix pour tester nos hypothèses sur l’effet de l’hybridation sur les bioinvasions,

tout en s’intégrant dans un programme de lutte biologique classique.

L’adaptation de ces deux populations, de la même espèce mais géographiquement

isolées, à leurs environnements respectifs peut être mise en évidence par une comparaison de

leurs traits d’histoire de vie et de leurs comportements, des plus simples aux plus complexes,

d’une différence entre leur rythme d’activité (Fleury & al., 1995) jusqu’à des comportements

de choix de partenaire sexuel, à l’origine de l’isolement reproducteur prézygotique.

c) La recherche de partenaire sexuel

Le comportement de reproduction des braconidés est largement détaillé dans la

littérature (Matthews, 1974 ; Petters, 1985 ; Kimani & Overholt, 1995), et la séquence des

évènements qui la compose est bien connue. Typiquement, elle inclue ces différentes

composantes : attraction, reconnaissance, orientation, « wing-fanning » ou vibration des ailes

* Braconidae : taxon de l’ordre des hyménoptères, caractérisé souvent par la présence d’un

long ovipositeur (organe de ponte) chez les femelles.

0.2 mm


11

(photo 1a), montage (photo 1b), antennation, copulation et toilette post-copulatoire

(Matthews, 1974, voir encadré 4).

La communication sexuelle des insectes parasitoïdes se caractérise principalement par

des phéromones volatiles émises par les femelles et qui induisent la recherche, la cour, et le

comportement d’accouplement des mâles (Fauvergue, et al., 1999). La spécificité des

phéromones (composition qualitative et quantitative) pourrait contribuer à l’isolement

reproducteur prézygotique (Danci, 2006) et contraindre l’hybridation. Par exemple, chez

certaines espèces de parasitoïdes, les mâles ne sont pas attirés par les phéromones émises par

une femelle d’une autre espèce (Eller et al., 1984).

Les signaux acoustiques peuvent constituer aussi un mécanisme d’isolement

reproducteur (Danci, 2006). Certain braconidés utilisent des signaux chimiques, visuels et

acoustiques. Les mâles sont attirés par les phéromones cuticulaires des femelles, et répondent

par une vibration bioacoustique de leurs ailes (Hardy, 2005), appelé « wing-fanning », qui

augmente en retour l’activité de la femelle. Dans ce cas, les signaux chimiques des femelles

sont similaires à travers les différentes espèces, mais les signaux acoustiques émis par les

mâles apparaissent comme être propre à chaque espèce (Rungrojwanich & Walter, 2000).

On ne comprend pas bien que la rencontre soit souvent le résultat de la recherche

active des mâles (qui utilisent pour se guider les signaux chimiques des femelles), et que

l’accouplement soit souvent le résultat de la sélection et de l’acceptation des femelles (qui

peuvent utiliser des signaux venant du mâle).

Photo 1a. Vibration des ailes (wing fanning)

d’un mâle à l’approche de femelles (photo

personnelle)

Photo 1b. Le mâle monte sur la femelle en

vue d’un accouplement (photo personnelle)

0.5 mm

0.5 mm


12

Encadré 4 : Comportement de reproduction des guêpes parasitoïdes

Le comportement de cour chez les guêpes parasitoïdes a été étudié en détails dans seulement quelques espèces

(Petters, 1985), mais des similarités dans les patterns existent (Matthews, 1975). La séquence des évènements

chez des Opiinae (même famille que P. lounsburyi et P. concolor) a par exemple été documenté chez

Diachasmimorpha kraussi et D. longicaudata par Rungrojwanich (2000):

d) Objectifs

Mon projet de stage vise à tester s’il existe des isolements prézygotiques qui peuvent

freiner, voire empêcher l’hybridation entre les individus génétiquement différents. Nous

disposons au laboratoire des deux souches parentales, Kenya (K) et Afrique du Sud (AFS), et

nous avons produit les deux types d’hybrides possibles à partir de ces deux souches

♂K×♀AFS (H1) et ♂AFS×♀K (H2). Ceci va nous permettre de tester l’effet de l’origine

géographique sur le comportement de reproduction de P. lounsburyi, et plus particulièrement

sur la recherche des mâles vis-à-vis de la spécificité des phéromones femelles, et ainsi,

l’isolement reproducteur ou de manière plus modérée, l’assortiment (préférence). Cela nous

permettra aussi de tester la performance des hybrides pour l’accouplement, et d’une certaine

façon, la vigueur ou la dépression hybride.

Un des moyens de tester ces hypothèses est d’étudier le comportement de recherche de

partenaires sexuelles des mâles. L’utilisation d’un tunnel de vol est nécessaire pour observer

les différentes composantes de ce comportement, dans une situation où la seule variable est

EMERGENCE

Attraction vers l’arbre des hôtes

Vol aléatoire dans la canopée et/ou

installation sur une feuille Prend position sur une feuille

♂ ♀

Vers une feuille

ou une femelle Reste tranquille

Approche la femelle

Signaux chimiques

ou visuels

Molécule cuticulaire

et signaux visuels

Reste sur la feuille

Signal acoustique

(wing-fanning)

Non réceptive Réceptive - reste tranquille

- ailes repliées sur l’abdomen

- antennes pointées en avant

- Monte sur la femelle

- Wing-fanning

- Tape ses antennes sur le

thorax de la femelle

COPULATION


13

l’origine géographique de la femelle, et la spécificité présumée de leurs phéromones

sexuelles. L’attraction à distance des femelles et l’orientation des mâles sont des facteurs qui

influencent la probabilité de rencontre des insectes, ce qui pourraient être déterminant dans la

nature.

Etant donné le degré de divergence des souches parentales, on s’attend à ce que les

combinaisons homogamiques (rencontre entre individus de la même souche) soient plus

probables, à l’exception du cas où les hybrides sont plus vigoureux que les populations

parentales (hétérosis et/ou augmentation de variance génétique).

III) Démarche expérimentale

1) Tâches préalables aux expérimentations

a) Préparation du milieu d’élevage

Pour mener à bien nos expériences, il faut au préalable mettre en place l’élevage des

parasitoïdes. Cette étape à pour but de faire pondre des femelles au stade larvaire de son hôte

de substitution, Ceratitis capitata, la mouche des fruits. Pour cela, nous préparons du milieu

d’élevage destiné à nourrir l’hôte. Ce milieu est composé de 1.5 litre d’eau osmosée, de

Nipagine, un fongicide (3g), du benzoate de sodium (3g), d’acide chlorhydrique 30% (3.6ml),

de levure de bière (171g), de poudre de carotte (185g) et de flocons de pomme de terre

(300g), il s’agit d’un milieu nutritif, que l’on peut conserver à température ambiante environ

trois semaines.

b) Elevage des hôtes

L’élevage de Ceratitis capitata nécessite beaucoup de travail, et il est primordial pour

l’élevage des parasitoïdes. Une personne expérimentée conduit la production de l’hôte, dans

la perspective de lâcher massivement des parasitoïdes comme agent de contrôle du ravageur.

Les hôtes produits ont alimenté l’élevage des parasitoïdes qui ont été utilisé dans l’expérience.

c) Elevage des parasitoïdes

Les différentes tâches à effectuer pour maintenir l’élevage des insectes s’organisent de

façon cyclique. Les individus d’une souche sont placés dans une boîte d’élevage cylindrique

dans laquelle ils sont nourris (avec du miel) et hydratés. Les quatre souches ont été

constituées par l’apport d’insectes issus de l’élevage de masse. Pour les deux souches

hybrides, une génération où les deux souches parentales se rencontrent (Kenya et Afrique du

sud) a été nécessaire.

La première étape consiste à faire pondre les femelles. Pour cela, nous disposons dans

chaque boîte une boule d’infestation, constituée d’un objet sphérique enrobé de milieu

d’élevage et de larves de son hôte de substitution puis refermé par du parafilm. Nous laissons

sept heures d’infestation avant de récupérer les larves.

Une fois la phase d’infestation terminée, nous mettons les larves potentiellement

parasitées dans une autre boîte avec du milieu. Les larves passent par le stade de pupe et une

semaine après, les cératites émergent et nous prenons soin de les retirer. Les pupes restantes

sont isolées dans des tubes à hémolyse fermés par du coton, lesquels sont placés dans des

beurriers classés par souche. Cette dernière opération a pour but d’obtenir des adultes naïfs de

tout contact avec les autres individus de même sexe ou de sexe opposé.


14

2) Plan expérimental

a) Traitement

Dans le cadre de cette expérience, il y a deux traitements : la lignée dont l’insecte est

issu, et la lignée de l’insecte qu’on va lui présenté. Dans chaque traitements, les différents

niveaux (ou modalités) correspondent aux différentes lignées:

- lignée Kenya (K)

- lignée Afrique du Sud (AFS)

- lignée hybride H1 (♂ K × ♀ AFS)

- lignée hybride H2 (♂ AFS × ♀ K)

Pour cette expérience sans choix du partenaire sexuel, il y a seize niveaux de

traitement. Le design expérimental est factoriel, l’un des facteurs étant l’origine du mâle, et

l’autre, l’origine de la femelle.

b) Structure du plan expérimental

Pour les expériences sans choix du partenaire sexuel, le comportement d’un mâle (K

ou AFS ou H1 ou H2) est testé lorsqu’il est présenté à une femelle (K ou AFS ou H1 ou H2)

de façon randomisée. Les seize niveaux de traitement possibles sont répétés trente fois. La

réalisation des répétitions est contrainte par le nombre d’insectes naïfs disponibles. Cinq

semaines complètes (7 jours) d’observations sont nécessaires pour effectuer l’ensemble de

l’expérience.

c) Mesures

Dans le cadre de l’observation du comportement des insectes parasitoïdes lors de la

recherche du partenaire sexuel, on va suivre le comportement du mâle dans les différents

niveaux de traitements, dans l’enceinte du tunnel de vol (schéma 1.). Le mâle sera donc

l’individu focal.

Les variables indépendantes aux expériences sont :

- la température (°C)

- l’hygrométrie (%)

- la pression atmosphérique (hPa)

Les mesures à effectuer sont basées sur des items comportementaux précis,

préalablement enregistrés dans un appareil de mesure, un Event Recorder. Ces items

comportementaux correspondant au mâle et qui seront suivis sont les suivants :

- le lâcher du mâle sur la branche d’olivier

- le décollage

- le vol

- l’atterrissage (lieux : parois du tunnel ou cible)


15

Schéma 1. Représentation de l’olfactomètre (tunnel de vol) dans lequel les insectes parasitoïdes

sont observés. Les lettres indiquent la séquence des évènements qui sont enregistrées, les nombres

indiquent les différentes composantes du tunnel.

d) Analyse des données

La distribution des données qui résulte de cette expérience représente une proportion

de mâle ayant atteint la cible. On applique un test du khi-deux pour détecter s’il existe des

différences significatives entre les niveaux de traitements. L’hypothèse nulle est que la

fréquence de succès (atterrissage sur la cible) observée est la même dans tout les échantillons.

Si le khi-deux calculé est inférieur au khi-deux seuil, alors on ne rejette pas l’hypothèse nulle

au risque α=0.05, et on considère que la fréquence de succès est la même quelque soit

l’origine géographique.

Un modèle de régression complexe, un modèle linéaire généralisé (GLM) va être

appliqué aux données pour confirmer les résultats des tests de khi-deux.

3) Protocole expérimental

a) Conditionnement des parasitoïdes

Les individus mâles qui ont émergé dans les tubes à hémolyses sont placés dans des

cages en plexiglas hermétiques mais aérées dès le matin pour qu’ils puissent s’initier au vol,

sur lesquels sont notés la souche, la date d’émergence et la date de l’expérience pour lesquels

ils vont servir. Les individus sont nourris et hydratés pour que leur état physiologique soit à

son optimum. Les mâles devront avoir 24h révolu de vie « naïve » avant de servir à

l’expérience.

Les mâles sont conditionnés pour l’expérience étant donné qu’ils doivent voler vers

une cible où se trouvent les femelles et d’où sont diffusés les phéromones sexuelles volatiles.

♂ ♀

a b c

a. Lâcher du mâle sur la branche

b. Décollage, orientation

c. Atterrissage à proximité de la femelle

1. Branche d’olivier

2. Phéromones

3. Cylindre aéré

4. Flux laminaire

1 2 3

4


16

Ils sont placés au moins 4 heures avant l’expérience dans la pièce où se situe l’olfactomètre

pour qu’ils s’habituent aux conditions abiotiques.

Les femelles, sont placées dès leur émergence (le matin) dans des tubes aérés dans

lesquels est disposé du coton dentaire imbibé d’eau et à l’intérieur desquels du miel a été

déposé sur les parois. Elles devront avoir 24h de vie « naïve » avant de servir à l’expérience.

b) Expérience de recherche de partenaire

i) Réglages des conditions abiotiques

Vitesse du flux laminaire dans l’olfactomètre moyenne : 22 cm.s

-1

Température moyenne: 26.1 °C

Hygrométrie Relative moyenne: 53.2 %

ii) Expérience sans choix de partenaire

Cette expérience consiste à tester l’attraction à distance des mâles par les femelles, par

l’intermédiaire des phéromones sexuelles volatiles qu’elles émettent dans un tunnel de vol. Ce

tunnel est une cage en plexiglas de grande dimension dans laquelle circule un flux laminaire

unidirectionnel, et éclairée par des néons. Une femelle est placée dans un cylindre (épaisseur

2cm, diamètre 5cm) fermé à ses deux extrémités par une maille fine de manière à ce que l’air

provenant de la pompe diffuse dans le tunnel les phéromones sexuelles volatiles. Ce cylindre

est placé sur une plateforme en plexiglas fixée au plancher du tunnel à une hauteur de 10cm.

Le mâle est placé à 30cm du cylindre sur une branche d’olivier fixé elle aussi au plancher du

tunnel. Les données sont enregistrées, à l’aide de l’ Observer dès le lâcher du mâle sur la

branche.

IV) Résultats & discussion

1) Lieu d’atterrissage

Nous avons dans un premier temps testé l’effet de l’origine géographique de la femelle

sur la probabilité qu’un male (quelque soit son origine) se dirige vers elle, et l’effet de

l’origine géographique du male sur la probabilité qu’il se dirige vers une femelle (quelque soit

son origine). Les résultats suggèrent qu’il n’y a aucun effet dans les deux cas (pour l’origine

de la femelle : ddl=3 ; α=0.05 ; χ²=2.9780 ; P=0.3950 ; et pour l’origine du mâle : ddl=3 ;

α=0.05 ; χ²=0.9428 ; P=0.8151).

La table 1 représente les résultats des tests de khi-deux effectués sur les tables de

contingence, nous avons pour chaque type de femelle, la taille de l’échantillon N, la

proportion de mâle (toutes origines géographiques confondues) qui a atteint la cible. Les

valeurs de χ² et de P calculées indiquent que l’origine géographique n’a pas d’effet sur la

probabilité qu’un mâle se dirige vers une femelle dans notre expérience.


17

Table 1. Un test de χ² a été réalisé pour chaque type de femelle pour tester s’il existe des différences entre les

pourcentages de succès des quatre types de mâle. Dans tout les cas, il n’y a pas de différence significative

(α=0.05).

La figure 2 montre la proportion de mâles ayant atteint la cible (atterrissage) en

pourcentage, en fonction de son origine géographique et de celle de la femelle. Il correspond

au nombre de mâles qui ont atteint la cible par rapport au nombre total de mâles testés (pour

une modalité). Les légères variations observées ne sont pas significatives.

Pour confirmer les tables de contingence pour l’ensemble des données, nous avons

utilisé un modèle linéaire généralisé (table 3.). Les tests corroborent l’hypothèse que l’origine

géographique du mâle et celle de la femelle, donc la divergence génétique des différentes

souches, n’a pas d’influence sur la probabilité que la recherche de partenaire sexuel se termine

par une rencontre. Il se dirige vers une femelle indépendamment de son origine, il n’y pas de

choix olfactif du mâle par rapport à la femelle a ce niveau de leur comportement de

reproduction.

Femelle N Pourcentage de réussite ddl χ² P

AF 110 44.55 3 0.7708 0.8564

H1 111 50.45 3 2.2554 0.5211

H2 100 44.00 3 1.0339 0.7930

KE 108 38.89 3 2.4824 0.4785

Figure 2. Pourcentage de succès (atterrissage du mâle sur la cible) en fonction de

l’origine géographique de la femelle, et du mâle. L’origine géographique du mâle est

représentée par une couleur. Le nombre sur le bord extérieur de chaque barre indique

la taille de l’échantillon, effectif total=429. AF=Afrique du Sud, KE= Kenya,

H1=Hybride numéro 1 (♂KE×♀AF), H2 = Hybride numéro 2 (♂AF×♀KE).

2028

2827 28

2726

28

25

2927

25

27

27

27

30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

AF KE H1 H2

Origine de la femelle

Po

urc

en

tag

e

AF KE H1 H2


18

Etant donné qu’il n’y pas d’effets des variables introduites dans le modèle, le modèle

le plus parcimonieux est uniquement basé sur la moyenne des succès, qui est égale à 0.45

[0.40-0.49].

Table 3. Un modèle linéaire généralisé effectué sur les différentes sources. En éliminant à chaque

fois une source, nous observons que seul l’intercept a une valeur de χ² significative. Les valeurs

correspondantes aux différentes sources sont celles calculées à l’étape précédant son élimination. Ce

test nous permet de calculer le pourcentage de succès avec un intervalle de confiance à 95% :

pourcentage de réussite=0.4452, intervalle de confiance à 95%=[0.3988 ; 0.4926].

2) Temps de latence et temps de vol

Les observations ont permis d’effectué d’autres mesures sur lesquelles nous pouvons

tester l’influence de l’origine géographique, des données qui décrivent aussi le comportement

de recherche de partenaire. Le temps de latence, c'est-à-dire le temps entre le lâcher du mâle

sur la branche d’olivier et son envol, nous informe sur la motivation du mâle, et le temps de

vol qui nous informe sur la précision du vol en direction d’une femelle, sont des facteurs qui

peuvent être une source de variation.

Un modèle linéaire généralisé appliquée aux données concernant le temps de vol

montre qu’il existe un effet de l’origine géographique du mâle sur son temps de vol

(χ²=17.25 ; P=0.0006), et un effet de l’origine géographique de la femelle sur le temps de vol

des mâles (χ²=10.29 ; P=0.0163). Nous avons fait un test de khi-deux sur la différence des

moyennes des moindres carrés pour détecter quelles sont les modalités qui diffèrent (table 4.).

Effet Mâle Femelle Mâle Femelle Estimation Erreur

standard ddl χ² P

♂ AF H1 0.0050 0.0109 1 0.21 0.6441

♂ AF H2 0.0177 0.0101 1 3.08 0.0793

♂ AF KE 0.0325 0.0093 1 12.18 0.0005*

♂ H1 H2 0.0126 0.0095 1 1.75 0.1857

♂ H1 KE 0.0275 0.0087 1 9.90 0.0017*

♂ H2 KE 0.0149 0.0076 1 3.78 0.0518

♀ AF H1 0.0122 0.0084 1 2.07 0.1500

♀ AF H2 0.0122 0.0085 1 2.04 0.1533

♀ AF KE -0.0137 0.0103 1 1.78 0.1820

♀ H1 H2 0.0000 0.0077 1 0.00 0.9955

♀ H1 KE -0.0259 0.0096 1 7.26 0.0071**

♀ H2 KE -0.0259 0.0097 1 7.13 0.0076** Table 4. Test du khi-deux sur la différence des moyennes des moindres carrés pour détecter quelles sont les

modalités qui diffèrent. Les valeurs de P marquées d’un astérisque sont significativement différentes des autres.

Ces résultats suggèrent que les mâles ont tendance à voler plus longtemps quand ils

viennent du Kenya (quelque soit l’origine de la femelle), et que les mâles (quelque soit leur

origine) volent moins longtemps quand les femelles viennent du Kenya. Cependant il parait

Source ddl χ² P

♀ 3 2.98 0.3943

♂ 3 0.94 0.8159

♀*♂ 9 5.61 0.7781

intercept 1 5.13 0.0235


19

difficile d’interpréter ces différences observées : la quantité de phéromones libérées par la

femelle pourrait influencer la capacité du mâle à la reconnaître et à se diriger vers elle, dans

ce cas, si la femelle libère peu de phéromone, le mâle va devoir voler plus longtemps pour

reconnaître et suivre le signal.

Le modèle linéaire généralisé appliqué aux données concernant le temps de latence n’a

pas détecté de différence (table 5.). L’origine géographique des individus n’influence pas le

temps de latence.

Table 5. Un modèle linéaire généralisé effectué sur les différentes sources. En éliminant à chaque

fois une source, nous observons que seul l’intercept a une valeur de χ² significative.

3) Limites de l’expérience

Les expérimentations et l’utilisation d’insectes parasitoïdes dans l’enceinte d’un tunnel

de vol sont contraintes par leur état physiologique lors du test. Il est nécessaire d’être

rigoureux lors de leurs manipulations. Les conditions abiotiques du tunnel peuvent être

différentes (lumière artificielle, flux laminaire pour le vent) de celles auxquelles les insectes

sont confrontés dans leur habitat naturel. Ces différences dues à la technique, mais qui

peuvent être aussi dues aux conditions climatiques, comme les variations de pression

atmosphérique, pourraient affecter leur comportement et biaiser les résultats. Les analyses

effectuées sur les effets du jour et de l’heure à laquelle ont été fait les mesures signalent qu’il

y a un fort effet jour, c'est-à-dire que certains jours les mâles (quelque soit leur origine) vont

plus vers les femelles que d’autres, augmentant ainsi la difficulté des observations.

V) Perspectives

Les résultats apportés par cette expérience ne répondent que partiellement au problème

posé. Faute de temps, il ne nous a pas été possible de faire toutes les expériences nécessaires

pour répondre de façon plus juste, étant donné l’investissement pour mettre au point l’élevage

et le maintien des parasitoïdes, ainsi que le temps suffisant pour l’ajustement des conditions

pour l’expérience de l’olfactomètre (réglage des modalités qui offraient le plus de succès en

moyenne).

Nos résultats infirment simplement l’hypothèse que l’origine géographique du mâle a

un effet sur le comportement de recherche de son partenaire sexuel. Cependant, ces résultats

sont en accord avec le cas d’une sélection sexuelle classique : c’est la femelle qui choisi le

mâle, et celui-ci choisi une femelle quelque soit son origine, c’est un phénomène issu de

l’évolution. L’anisogamie désigne une asymétrie dans la taille des gamètes chez une espèce à

reproduction sexuée. Le sexe femelle produit un petit nombre de gros gamètes, généralement

peu mobiles, le sexe mâle à l’inverse produit un grand nombre de gamètes très mobiles

(Danchin, et al., 2005). Dans ce cas, la femelle va beaucoup investir dans le développement

du zygote, et elle a un intérêt à sélectionner le mâle qui va la féconder, alors que le mâle,

s’investi à produire énormément de gamètes pour multiplier sa probabilité de féconder

l’ovocyte. Le choix exercé par les femelles est une conséquence de l’anisogamie, et peut

Source ddl χ² P

♀ 3 1.76 0.6246

♂ 3 0.49 0.9204

♀*♂ 9 6.25 0.7146

intercept 1 223.75 <0.0001


20

générer une pression importante pour l’évolution des caractères mâles, alors que le contraire

est beaucoup moins vrai.

Une expérience sur la parade nuptiale de P. lounsburyi est en cours pour compléter

notre analyse des mécanismes d’isolement prézygotique pouvant contraindre l’hybridation de

cet insecte parasitoïde. Il s’agit de regarder s’il y a un accouplement entre un mâle et une

femelle dans le temps qu’il leur est imparti. Les mesures sont basées sur des items

comportementaux précis qui décrivent la séquence des évènements qui composent la parade

nuptiale. Pour l’instant les résultats préliminaires (pas assez de répétitions) suggèrent que les

individus d’origine Sud-Africaines ont une plus grande probabilité de s’accoupler lorsqu’ils se

sont rencontrés (proportion d’insectes qui s’accouplent en fonction de l’origine : ♂AF=54%,

♂KE=48%, ♂H1=28%, ♂H2=48%, ♀AF=58%, ♀KE=43%, ♀H1=31%, ♀H2=52%)

notamment comparés aux hybrides 1. Les résultats nous indiquent aussi qu’il pourrait y avoir

une sélection sexuelle des mâles par les femelles dans un cas uniquement : les femelles

kényanes s’accouplent un peu plus avec des mâles sud-africains (64% de succès) et kenyans

(58% de succès) qu’avec les mâles H1 (16% de succès) ou H2 (22% de succès), mais plus

d’analyses et de répétitions sont nécessaires pour confirmer ces résultats.

Ces données signifient qu’une expérience complémentaire de parade nuptiale en

situation de choix (un mâle est présenté aux quatre types de femelle possible en même temps)

doit être effectuée pour confirmer l’hypothèse que la sélection sexuelle des femelles est la

barrière prézygotique qui peut freiner l’hybridation intraspécifique, étant donné que les mâles

sont attirés par tout les types de femelle.

Pour les lâchers d’insectes parasitoïdes qui auront lieu l’été 2008, les résultats apportés

par cette étude prouvent que les mâles sont attirés par les femelles de l’autre origine, c’est à

dire que les femelles kényanes accepteront les mâles sud-africains et vice versa. D’autre part,

nous savons aussi que l’élevage des hybrides est possible, donc il pourrait bien se produire

une hybridation sur le terrain. Si nous lâchons ensemble des mâles et des femelles des deux

origines, la génération suivante sera aussi constituée des deux types d’hybrides. Dans ce cas,

la barrière postzygotique pourrait être une sélection qui agit en défaveur des hybrides si leur

capacité à s’accoupler est réduite, ce qui les amènerait à disparaître. Sauf si les hybrides

possèdent d’autres aptitudes qui les rendraient plus aptes que leurs parents, l’hybridation de

Psyttalia lounsburyi ne serait pas un facteur favorisant l’invasion, ce qui d’une façon générale

est en désaccord avec la plupart des cas exposés dans la littérature sur ce sujet, dans lesquels

l’hybridation est déterminante (Ellstrand, 2000, Kolbe, 2004, Facon, 2005).


21

Références

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23

Documents

Effets de l’origine géographique sur le comportement de