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Quels facteurs peuvent affecter le choix d'un lieu de ponte chez les papillons nocturnes ?

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Papillon d'hiver (Operophtera brumata) est un petit papillon brachyptère (les femelles ont des ailes étourdies - incapables de voler) qui dépose ses œufs sur des branches épaisses.

J'aimerais savoir quels facteurs abiotiques et biotiques peuvent jouer un rôle dans le choix du lieu de ponte. Prenant en compte que le taux d'humidité est probablement le même sur l'arbre entier (et probablement toute la forêt) et les branches sont si épaisses qu'elles ne se distinguent pas du milieu environnant (et il n'y a pas de chaleur accumulée pour identifier leur orientation (sud, nord...)

Quels autres facteurs peuvent jouer un rôle ?


Les plantes hôtes préférées de la pyrale d'hiver sont principalement les arbres à feuilles caduques, le chêne étant la principale plante alimentaire ainsi que de nombreux arbres fruitiers, le bouleau et le noisetier. Les femelles déposent généralement leurs œufs dans les crevasses de l'écorce, sous les écailles de l'écorce, les chicots d'écorce et sous le lichen le long des troncs d'arbres des espèces hôtes. Les œufs sont initialement petits et verts mais changent progressivement de couleur en orange puis en rouge avant l'éclosion (référence 1 et référence 2).

Bien que le chêne soit préféré,

Il ne semble pas y avoir beaucoup de discrimination dans la sélection de la plante hôte ou du site de ponte par la femelle (Wint 1983), car le choix de la plante nourricière larvaire dépend du site de nymphose de la femelle et de la direction qu'elle prend pour émerger, car elle ne fait que grimper. l'arbre le plus proche. Il pourrait donc être juste de dire que les larves contribuent davantage au choix de la plante hôte que les adultes, car les larves peuvent gonfler si la plante hôte ne convient pas. Cependant, il est possible qu'année après année, chaque génération de femelles grimpe sur le même arbre que leur mère, et les chênes (l'une des plantes hôtes les plus courantes) peuvent avoir des centaines d'années, il pourrait donc y avoir eu des centaines de générations de papillon d'hiver sur le même arbre (référence).

Cela signifie donc en fait que l'épaisseur des branches ou le fait d'être indiscernables ne devrait pas être un facteur. Concernant les conditions abiotiques et biotiques, les principales conditions abiotiques sont les précipitations, la température et la photopériode.

Une augmentation de la température entraîne plus d'activité et un métabolisme plus rapide (référence) Puisque les bourgeons foliaires s'ouvrent plus rapidement, il y a une chance que les œufs soient pondus plus rapidement car la larve doit s'enfouir dans les bourgeons avant que la feuille ne s'ouvre (débourrement) L'éclosion dépend de la température mais je ne pense pas que cela affecte beaucoup le nombre d'œufs. Des facteurs biotiques comme la présence de prédateurs parasites réduisent la population mais ne semblent pas réduire le nombre d'œufs… (référence)


Le rôle de Desmodium intortum, Brachiaria sp. et Phaseolus vulgaris dans la gestion de la légionnaire d'automne Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) dans les systèmes de culture du maïs en Afrique

La chenille légionnaire d'automne (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) est un ravageur important du maïs. Il a été rapporté que les systèmes agricoles tels que les cultures intercalaires push-pull ou maïs-légumineuses réduisent considérablement les infestations de la chenille légionnaire d'automne. Cependant, les mécanismes exacts impliqués dans la gestion de la CLA n'ont pas été pratiquement élucidés. Nous avons donc évalué la préférence des larves hôtes, leur alimentation et leur taux de survie lorsqu'elles sont exposées à quatre plantes hôtes couramment utilisées dans les cultures intercalaires push-pull et de légumineuses. Nous avons également comparé la préférence de ponte des papillons adultes entre le maïs et d'autres graminées utilisées comme cultures pièges en push-pull.

RÉSULTATS

L'étude d'orientation et d'établissement des larves a montré que le maïs était la plante hôte préférée, suivi du haricot, du desmodium et Brachiaria brizantha cv Mulato II. L'expérience d'arrestation et de dispersion des larves a montré que le nombre moyen de larves était significativement plus élevé sur maïs que sur Desmodium ou B. brizantha cv Mulato II. Cependant, aucune différence significative n'a été trouvée entre le maïs et le haricot après 24 h. Le maïs était la plante la plus consommée, suivi du haricot, du desmodium et enfin de la brachiaria. Le pourcentage moyen de survie jusqu'au stade de nymphose était significativement plus élevé sur le maïs. L'étude sur la préférence de ponte de la chenille légionnaire d'automne n'a montré aucune différence significative dans les œufs déposés entre le maïs et les autres graminées. Cependant, B. brizantha cv Xaraes, qui a reçu plus d'œufs que de maïs, pourrait être une alternative prometteuse à B. brizantha cv Mulato II pour le contrôle des FAW.

CONCLUSION

L'étude permet de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans le contrôle de la chenille légionnaire d'automne dans le cadre de l'association de légumineuses push-pull et maïs. © 2021 Les auteurs. Science de la lutte antiparasitaire publié par John Wiley & Sons Ltd au nom de la Society of Chemical Industry.


Introduction

La sélection de plantes hôtes par les insectes herbivores femelles affecte fondamentalement la survie et la reproduction de leur progéniture, et est particulièrement pertinente pour la progéniture nouveau-née car elles sont particulièrement sensibles aux défenses des plantes et doivent faire face à une variété d'obstacles pour coloniser avec succès un hôte [1,2]. Dans le processus de sélection des plantes hôtes, les insectes femelles doivent distinguer les hôtes à deux niveaux au moins. Premièrement, ils doivent faire la distinction entre les plantes hôtes et non-hôtes, et deuxièmement, ils doivent faire la distinction entre les plantes hôtes de différentes qualités [2–4]. La discrimination entre les plantes hôtes et non hôtes entraîne généralement une discrimination entre un nombre discret d'espèces végétales, en fonction de la complexité de l'habitat (par exemple, les habitats naturels par rapport aux habitats agricoles) la discrimination entre les hôtes entraîne une discrimination entre les plantes de qualité variable, elle-même dépendante de l'interaction entre un grand nombre de variables végétales (par exemple, génotype, état nutritionnel, etc.) et environnementales (par exemple, stress hydrique, herbivore, etc.) interagissant fréquemment. Par exemple, une variable pertinente de la plante hôte est l'état nutritionnel, qui peut varier quantitativement et qualitativement avec l'âge et les tissus des individus végétaux, ainsi qu'avec l'environnement et le génotype des populations végétales. Ainsi, les plants de coton (Gossypium hirsutum L.) soumis à une fertilisation azotée renforcée ont été préférés par Spodoptera exigua (Hübner) femelles et larves pour la ponte et l'alimentation, respectivement [5]. Une variable environnementale pertinente pour la sélection de l'hôte est l'herbivorie, qui peut avoir une importance différente selon son moment, qu'il soit antérieur, présent ou futur, et s'il induit des réponses défensives chez les plantes hôtes. Par exemple, l'herbivorie antérieure peut affecter la qualité de l'hôte en médiant la quantité de nourriture disponible pour la progéniture d'une femelle, tandis que l'herbivorie actuelle et future peut le faire en médiant les réponses chimiques de la plante à l'herbivorie. En conséquence, des études antérieures ont montré que les femelles pondeuses peuvent discriminer les plantes hôtes à biomasse réduite ou en faveur des plantes à biomasse accrue en raison d'un herbivore antérieur [6,7]. D'autres études ont montré que les herbivores présents et futurs, tels que les larves ou les œufs d'insectes, respectivement, peuvent affecter la sélection de l'hôte en médiant le déploiement de défenses chimiques directes et indirectes inductibles contre la progéniture d'un herbivore (par exemple, [8-10]).

La discrimination entre les plantes hôtes (plutôt que les espèces de plantes hôtes) est probablement la situation dominante dans les paysages agricoles. Là, des cultures uniques (c'est-à-dire des plantes hôtes) peuvent être dominantes, bien qu'une gamme de cultivars de cultures puisse coexister à travers les paysages. Tel est le contexte dans lequel les insectes herbivores du maïs (Zea mays mays L.) peut rechercher des hôtes dans les régions d'Amérique subtropicale et tropicale et d'Afrique subsaharienne où la culture est cultivée par de petits agriculteurs traditionnels. Dans ces régions, le maïs peut être cultivé dans des paysages dominés par des mosaïques d'hybrides commerciaux génétiquement étroits ou par des assortiments de variétés locales génétiquement hétérogènes. De plus, dans certaines régions de l'Amérique subtropicale, les téosintes (espèces de Zéa L. autres que le maïs), les parents sauvages du maïs, peuvent pousser dans les champs de cultivars de maïs hybrides ou de variétés locales.

Dans les régions tropicales et subtropicales américaines, la légionnaire d'automne [Spodoptera frugiperda (J. E. Smith)] est généralement le ravageur le plus important du maïs, en particulier pendant les premiers stades de croissance végétative de la culture [11-16]. Il est important de noter qu'il est récemment devenu un ravageur envahissant et dévastateur du maïs en Afrique subsaharienne [17,18]. La chenille légionnaire d'automne est polyphage et connue à partir de >180 plantes hôtes de plusieurs familles, bien que les espèces de Poaceae (par exemple, le maïs, le sorgho, le riz) soient préférées [11,19-23]. Au stade larvaire, il peut complètement défolier les plantules et les plants de maïs au stade végétatif précoce, retarder la croissance des plants ou tuer les plantules [11,12, 14,17,24]. Un nombre modeste de recherches a porté sur l'écologie de la ponte et de la dispersion des larves sur le maïs dans le contexte des plantes de stade végétatif tardif à reproducteur, ainsi que sur le mouvement des larves au sein de la plante (par exemple, [25-31]). En revanche, relativement peu de recherches ont abordé ces questions dans les contextes du maïs au stade plantule et de la dispersion des larves entre les plants, malgré la sensibilité des plantules à l'herbivorie, et la pertinence de la ponte et de la dispersion des larves pour l'écologie globale de la chenille légionnaire d'automne dans le champ (par exemple, [12,16,32,33]).

Un nombre considérable d'études ont rapporté que les semis de maïs réagissent à l'herbivorie, y compris par les larves de la chenille légionnaire d'automne, en modifiant leurs défenses induites directes et indirectes (par exemple, [34-39]). Les défenses directes induites affectent les performances des insectes, tandis que les défenses indirectes induites attirent les ennemis naturels [38,40–42]. Des études antérieures ont porté sur la sélection des plantes hôtes par la chenille légionnaire d'automne en relation avec la performance de leur progéniture sur des cultivars de maïs à défense variable, c'est-à-dire l'hypothèse de la préférence de performance [2,43], bien qu'elles aient fourni des résultats contradictoires. Par exemple, une première étude a montré une discrimination oviposition claire entre les cultivars de maïs connus pour varier dans leur résistance aux larves de la chenille légionnaire d'automne [27], tandis que d'autres études ont montré une oviposition indiscriminée sur les plantes hôtes et non hôtes et les objets non végétaux, et aucune corrélation entre préférence de ponte et performance larvaire [19, 20, 32–44]. Mis à part la préférence de ponte basée sur les performances de la progéniture, certaines études ont cherché à savoir si l'herbivorie présent médie la sélection de l'hôte en pondant des femelles. Dans le cas de la chenille légionnaire d'automne, une étude a montré que les femelles étaient moins attirées par les plants de maïs blessés par des larves conspécifiques par rapport aux plants indemnes [45], bien que la question de savoir si la ponte réelle était médiée par des dommages aux plants n'a pas été évaluée. De même, on sait peu de choses sur la dispersion et les préférences alimentaires (hôte) des jeunes larves de la légionnaire d'automne, qui se dispersent généralement de l'hôte natal peu de temps après l'éclosion [11,20,24,30,46]. Généralement, on pense que les larves nouveau-nées se dispersent au hasard des plantes parce qu'elles s'engagent dans la montgolfière, c'est-à-dire un moyen de dispersion dans lequel les larves nouveau-nées sont transportées par des courants de vent capturés par des brins de soie produits par les glandes soyeuses labiales [1,12]. Alors que des études de laboratoire antérieures ont montré que les larves de la chenille légionnaire d'automne sont attirées différemment par les cultivars de maïs ou les graminées qui varient dans leurs niveaux de défense ou leurs qualités nutritionnelles [44,47], les études disponibles n'ont pas examiné si les larves nouveau-nées se dispersent au hasard, ni si les larves qui colonisent initialement un un hôte inapproprié se dispersera davantage, de manière directionnelle ou aléatoire.

Les plantes peuvent répondre à la fois à l'herbivorie actuelle, par exemple, en raison de l'alimentation par les larves d'insectes, et à l'herbivorie future, par exemple, représentée par les œufs d'insectes, par des défenses induites directes ou indirectes (par exemple, [10,48-50]). Il est important de noter que la ponte des insectes peut supprimer certaines défenses des plantes et en amorcer d'autres [51,52]. Par exemple, une étude récente a rapporté que la ponte sur le maïs par la chenille légionnaire d'automne supprimait à la fois les substances volatiles constitutives (linalol) et induites de la plante hôte (terpènes et composés aromatiques) pertinentes pour la découverte d'hôtes par les parasitoïdes [53]. Dans l'ensemble, les résultats de cette étude suggèrent que la ponte des femelles de la chenille légionnaire d'automne rend les plantes moins apparentes pour les parasitoïdes larvaires et d'autres femelles, les rendant potentiellement des hôtes plus appropriés en réduisant les risques de parasitisme et la compétition intraspécifique [53]. Fait intéressant, cependant, d'autres études ont montré que la ponte par le foreur de tige Chilo partellus (Swinhoe) a induit certains cultivars de maïs, mais pas d'autres, à libérer des plantes volatiles attrayantes pour les parasitoïdes [54-56]. Apparemment, les réponses des plants de maïs à la ponte des insectes dépendent des espèces d'herbivores ainsi que du cultivar de maïs. Jusqu'à présent, cependant, on ne sait pas si l'herbivorie future, sous la forme d'une ponte conspécifique antérieure, médie la sélection d'hôtes par les femelles de la chenille légionnaire d'automne.

L'objectif de cette étude était d'élargir nos connaissances sur l'écologie de la chenille légionnaire d'automne, en particulier sur : (i) la sélection d'hôtes par les femelles en fonction de la qualité variable de la plante hôte et de l'herbivorie présente et future, et (ii) la dispersion et les préférences d'hôtes des jeunes et des les larves plus âgées. Nous avons concentré notre étude sur les femelles adultes, les larves nouveau-nées et les larves plus âgées, car ces stades de vie jouent des rôles distincts dans le cycle de vie et l'écologie de la chenille légionnaire d'automne. En particulier, ici, nous avons examiné si : (i) les femelles pondeuses discriminent les génotypes de maïs qui diffèrent dans leur aptitude aux larves (ii) toute discrimination entre les génotypes de maïs par les femelles est médiée par l'herbivorie et son calendrier, futur (présence d'œufs conspécifiques) ou présent (présence de larves conspécifiques), ainsi que par l'émission de substances volatiles des feuilles vertes induites par l'herbivorie, et (iii) la dispersion des larves néonatales et plus âgées se nourrit de manière directionnelle et distingue les génotypes de maïs. Nos résultats sont particulièrement pertinents pour le statut de la chenille légionnaire d'automne en tant que ravageur du maïs de semis et de stade végétatif précoce, comme c'est généralement le cas en Amérique tropicale et subtropicale, et récemment en Afrique subsaharienne [14-18]. Combinés aux résultats d'études antérieures, nos résultats ont été utilisés pour (i) assembler un modèle hypothétique d'oviposition et d'écologie larvaire, et mettre en évidence les lacunes dans les connaissances à combler dans les recherches futures, et (ii) discuter des stratégies de gestion pour les contextes dans lesquels La chenille légionnaire d'automne est un ravageur des semis et des stades végétatifs précoces du maïs.


RÉSULTATS

Les femelles ont pondu significativement plus d'œufs sur les plantes non endommagées que sur les plantes endommagées par les taupins (P < 0,001, m = 10) (Figure 1A). En moyenne, 81 % des œufs ont été déposés sur les plantes non endommagées. La différence dans la répartition des œufs s'est manifestée à la fois dans le nombre de lots d'œufs déposés (figure 1B) et dans le nombre moyen d'œufs par lot déposé (figure 1C). En moyenne, les 2 plantes non endommagées dans une cage ont reçu 6,0 ± 1,7 lots d'œufs, alors que 2,7 ± 1,4 lots ont été déposés sur la plante endommagée par le taupin (P < 0,001, m = 10). Sur les plants non endommagés, les femelles ont déposé en moyenne 424 ± 178 œufs/lot (m = 60), alors que sur les plants endommagés par le taupin, le nombre moyen d'œufs/lot (m = 27) était de 213 ± 104 œufs (P < 0,001).

Expériences de ponte à deux choix où Spodoptera littoralis les femelles pouvaient pondre sur des plants de coton non endommagés (barres remplies) ou sur des plants infestés de taupins, Agriotes lineatus (barres vides) : (A) le pourcentage d'œufs déposés (B) le nombre moyen de lots d'œufs et (C) le nombre moyen d'œufs dans chaque lot d'œufs. Jumelé t-test, m = 10. Les barres indiquent l'écart type.

Expériences de ponte à deux choix où Spodoptera littoralis les femelles pouvaient pondre sur des plants de coton non endommagés (barres remplies) ou sur des plants infestés de taupins, Agriotes lineatus (barres vides) : (A) le pourcentage d'œufs déposés (B) le nombre moyen de lots d'œufs et (C) le nombre moyen d'œufs dans chaque lot d'œufs. Jumelé t-test, m = 10. Les barres indiquent l'écart type.

Un pourcentage plus élevé (88 %) de larves a laissé les plantes endommagées par les taupins par rapport aux plantes endommagées par S. littoralis larves (31%) ou mouvement entre plantes non endommagées (25%) (degrés de liberté [df] = 1, P < 0.01, m = 16) (Figure 2). Les larves n'ont pas montré une tendance accrue à partir Spodoptera-plantes endommagées par rapport au mouvement entre les 2 plantes non endommagées (df = 1, P > 0.05, m = 16). La plupart des larves ont quitté les plantes endommagées par le taupin au début de l'expérience. Déjà 34 h après le début de l'expérience, 75 % des larves avaient laissé le ver fil-de-fer endommagé, alors que seulement 19 % avaient quitté le S. littoralis–plantes endommagées ou la plante non endommagée dans l'expérience témoin (df = 1, P < 0.01, m = 16). La proportion d'alimentation sur la plante de lâcher par rapport à l'alimentation globale était également différente entre les traitements (Figure 3). Dans le S. littoralis–plantes endommagées, 87 % du matériel foliaire a été consommé sur la plante endommagée, contre 44 % en cas de taupin endommagé (P < 0.05). Cette tendance était déjà évidente après 24 h, avec une proportion estimée de 93 % de l'alimentation sur le S. littoralis–plante de lâcher endommagée et 54% sur les plantes endommagées par le taupin (P < 0.05). Dans l'expérience témoin, le pourcentage de consommation alloué à la plante de lâcher était de 83 % après 24 h et de 91 % après 72 h, ce qui était significativement différent du taupin endommagé (P < 0.05) mais pas de la Spodoptera endommagé (P > 0,05).

Les larves ont été autorisées à se déplacer et à choisir de se nourrir d'un cotonnier endommagé ou non endommagé. Les plantes étaient soit endommagées en sous-sol par des taupins (Agriotes lineatus) ou en surface par Spodoptera littoralis larves. Dans chaque paire de plantes testées, un seul troisième stade larvaire S. littoralis la larve a été placée sur la troisième vraie feuille de la plante endommagée. De plus, des mouvements larvaires entre 2 plantes non endommagées ont été observés. Le graphique montre le nombre cumulé de paires de plantes expérimentales où la larve a quitté la première plante et s'est déplacée vers l'autre plante aux différents moments d'observation. Les différences entre les 2 traitements d'endommagement ont été testées après 34 (df = 1, P < 0.01, m = 16) et 72 h (df = 1 P < 0.01, m = 16) en utilisant le test du chi carré.

Les larves ont été autorisées à se déplacer et à choisir de se nourrir d'un cotonnier endommagé ou non endommagé. Les plantes étaient soit endommagées en sous-sol par des taupins (Agriotes lineatus) ou en surface par Spodoptera littoralis larves. Dans chaque paire de plantes testées, un seul troisième stade larvaire S. littoralis la larve a été placée sur la troisième vraie feuille de la plante endommagée. De plus, des mouvements larvaires entre 2 plantes non endommagées ont été observés.Le graphique montre le nombre cumulé de paires de plantes expérimentales où la larve a quitté la première plante et s'est déplacée vers l'autre plante aux différents moments d'observation. Les différences entre les 2 traitements d'endommagement ont été testées après 34 (df = 1, P < 0.01, m = 16) et 72 h (df = 1 P < 0.01, m = 16) en utilisant le test du chi carré.

Pourcentage moyen de matériel végétal consommé sur la plante lâchée par les larves 24, 48 et 72 h après le début de l'alimentation. Dans chaque paire de plantes testées, un seul troisième stade larvaire Spodoptera littoralis la larve a été placée sur la troisième vraie feuille d'une plante de lâcher voisine d'une plante non endommagée, permettant ainsi le mouvement entre les plantes. L'usine de lâcher était soit en bon état, soit endommagée en sous-sol par des taupins (Agriotes lineatus), ou endommagé en surface par S. littoralis larves. Les barres représentent les erreurs standard. Les lettres indiquent des différences significatives t-test, P < 0.05).

Pourcentage moyen de matériel végétal consommé sur la plante lâchée par les larves 24, 48 et 72 h après le début de l'alimentation. Dans chaque paire de plantes testées, un seul troisième stade larvaire Spodoptera littoralis la larve a été placée sur la troisième vraie feuille d'une plante de lâcher voisine d'une plante non endommagée, permettant ainsi le mouvement entre les plantes. L'usine de lâcher était soit en bon état, soit endommagée en sous-sol par des taupins (Agriotes lineatus), ou endommagé en surface par S. littoralis larves. Les barres représentent les erreurs standard. Les lettres indiquent des différences significatives t-test, P < 0.05).


Le choix du site de ponte sous des risques contradictoires démontre que les prédateurs aquatiques stimulent la ponte terrestre

La ponte des œufs hors de l'eau était cruciale pour la transition vers la terre et a évolué à plusieurs reprises dans plusieurs phylums d'animaux. Cependant, tester des hypothèses sur cette transition a été difficile car les espèces existantes ne se reproduisent que dans un seul environnement. La rainette sans pantalon, Dendropsophus ebraccatus, rend ces tests possibles car ils pondent des œufs aquatiques et arboricoles. Ici, nous testons les choix de sites de ponte de D. ebraccatus soumis à des risques contradictoires de dessèchement des œufs arboricoles et de prédation aquatique des œufs, estimant ainsi l'importance relative de chaque agent sélectif sur la reproduction. Nous avons également mesuré la discrimination entre les habitats avec et sans prédateurs et le développement des œufs aquatiques et arboricoles pondus naturellement. Les embryons aquatiques dans la nature se sont développés plus rapidement que les embryons arboricoles, ce qui n'implique aucun coût pour la ponte aquatique. Dans les épreuves de choix, D. ebraccatus habitats évités avec des poissons, montrant qu'ils peuvent détecter les prédateurs d'œufs aquatiques. Plus important encore, D. ebraccatus ont pondu la plupart des œufs dans l'eau lorsqu'ils étaient confrontés uniquement au risque de dessiccation, mais sont passés à la ponte arboricole lorsque le risque de dessèchement et les prédateurs aquatiques étaient tous deux présents. Cela fournit la première preuve expérimentale à notre connaissance que le risque de prédation aquatique influence la ponte non aquatique et soutient fortement l'hypothèse qu'il était un moteur de l'évolution de la reproduction terrestre.

1. Introduction

Sans aucun doute, la transition des environnements aquatiques aux environnements terrestres est l'un des événements évolutifs les plus importants de l'histoire de la vie. Pour les animaux, le succès de cette transition ne tient pas seulement à la capacité des adultes à survivre sur terre, mais aussi à se reproduire et à pondre loin de l'eau. La capacité de pondre des œufs hors de l'eau a évolué séparément et à plusieurs reprises dans plusieurs phylums, notamment les gastéropodes, les arthropodes et les vertébrés [1–3]. En effet, la ponte des œufs hors de l'eau peut même avoir précédé le déplacement des vertébrés vers la terre [4].

L'hypothèse principale pour l'évolution de la reproduction non aquatique est l'évitement des prédateurs aquatiques, bien que d'autres hypothèses telles que la fuite des parasites aquatiques et le manque d'oxygène dans les étangs tropicaux aient également été envisagées [5-8]. L'environnement terrestre n'est pas une panacée, cependant, et vient avec sa propre suite de prédateurs (par exemple [9–11]) ainsi que de nouveaux facteurs de risque, tels que le potentiel de dessèchement des œufs (par exemple [12–14]). L'importance relative de ces divers agents sélectifs sur la reproduction s'est avérée difficile à étudier car les comportements reproducteurs existants et le développement embryonnaire sont généralement fixes pour un environnement ou l'autre, empêchant une comparaison directe entre les habitats aquatiques et terrestres. Par exemple, les œufs d'amphibiens terrestres sont généralement beaucoup plus gros que les œufs aquatiques [15], ce qui limite leur capacité à obtenir de l'oxygène dans l'eau. De même, les œufs aquatiques se dessèchent rapidement s'ils sont retirés de l'eau [16]. Par conséquent, le fait que les embryons existants soient adaptés à leur environnement normal interdit une expérience qui pourrait comparer directement la survie de chaque type d'œuf dans chaque environnement.

Les amphibiens ont été les premiers vertébrés à réussir la transition vers la vie sur terre et les anoures possèdent la gamme la plus diversifiée de modes de reproduction chez les vertébrés tétrapodes, avec près de 40 formes différentes de reproduction documentées [17]. Bien que la ponte aquatique soit considérée comme ancestrale chez les amphibiens, diverses formes d'oviposition non aquatique ont évolué plus de 50 fois indépendamment chez les grenouilles seules [18]. De plus, les formes terrestres de reproduction semblent avoir stimulé plusieurs radiations majeures d'espèces de grenouilles [19-21]. La diversité des formes reproductrices rend donc les anoures particulièrement intéressants et utiles pour étudier l'évolution de la reproduction. Des études phylogénétiques récentes ont montré une association entre les formes terrestres de reproduction des amphibiens et les zones de fortes précipitations [18] et le couvert forestier [22]. Cependant, ces études ne fournissent pas de tests de différents agents sélectifs sur la reproduction, ce qui nous permet seulement d'inférer les conditions qui pourraient permettre à la reproduction terrestre d'évoluer mais pas les agents sélectifs responsables de tels événements.

Une façon potentielle d'évaluer l'importance relative de ces différents facteurs sélectifs est le choix du site de ponte des adultes reproducteurs. Les animaux choisissent généralement parmi les sites potentiels pour leurs œufs dans le but d'augmenter la survie de la progéniture, entre autres hypothèses [23]. Un tel comportement est répandu, se produisant chez les moustiques [24,25], les demoiselles [26], les mites et les papillons [27], les coléoptères [28], les amphibiens [29-31] et les reptiles [32], entre autres. Ces choix de sites de ponte sont importants pour la fitness, car le choix d'habitats de mauvaise qualité ou incorrects peut entraîner une mortalité totale de la progéniture ou une réduction des performances plus tard dans la vie [33,34]. De plus, l'évaluation des décisions comportementales chez les animaux existants fournit un moyen facile d'évaluer l'importance des agents sélectifs sur l'évolution de la reproduction, car les comportements et les tissus mous (tels que les embryons) ne se fossilisent pas.

Les animaux qui choisissent où placer leur progéniture sont confrontés à de nombreux axes différents de la qualité de l'habitat. Les mères peuvent choisir un site de ponte particulier pour éviter les prédateurs [26,29,35] ou les compétiteurs [28,31,35] ou en raison des caractéristiques physiques avantageuses du site [30,36,37]. Cependant, les choix de sites de ponte peuvent entraîner des décisions complexes qui nécessitent l'incorporation de multiples types de menaces et d'avantages potentiellement conflictuels. Par exemple, les grillons des champs du Texas (Gryllus texensis) préfèrent pondre dans des terriers plus chauds, mais passeront à l'utilisation de terriers plus froids lorsque les sites préférés encourent un risque de prédation [38]. De même, les rainettes écureuil (Hyla squirella) évitent généralement de pondre dans des étangs avec des poissons prédateurs, mais le feront lorsque l'activité de reproduction est élevée pour diminuer la compétition avec les congénères [39]. Le choix des sites de ponte n'est donc pas aussi simple qu'il n'y paraît à première vue et constitue un excellent moyen d'évaluer comment les organismes perçoivent et hiérarchisent les différents risques.

La rainette sans pantalon, Dendropsophus ebraccatus [40], offre une occasion unique d'utiliser le choix du site de ponte pour évaluer l'importance de divers agents sélectifs sur la reproduction terrestre, car cette espèce a une plasticité dans son mode de reproduction, pondant de manière flexible des œufs aquatiques ou arboricoles dans différents contextes environnementaux [41,42] . Nous nous référons aux œufs non aquatiques de D. ebraccatus comme « arboricole » pour éviter toute confusion avec les œufs d'anoures à développement direct, qui sont souvent appelés « terrestres ». Pour D. ebraccatus, la ponte des œufs hors de l'eau comporte un risque élevé de dessiccation, qui est amélioré par l'ombre et les précipitations dans les habitats non ombragés, 98% des œufs arboricoles meurent au cours des deux premiers jours après la ponte s'il n'y a pas de pluie [14]. Les œufs qui reçoivent plus d'environ 10 mm de pluie au cours du premier jour après la ponte n'ont pratiquement aucune mortalité et environ 50 % des jours pendant la saison des pluies reçoivent des précipitations [42]. La ponte des œufs directement dans l'étang élimine le risque de dessèchement, mais expose potentiellement les œufs à la prédation aquatique, ce qui pose, en moyenne, un risque de mortalité plus élevé que la dessiccation des œufs hors de l'eau [42]. L'eau du bassin contient inévitablement moins d'oxygène que l'air et, par conséquent, les embryons peuvent également faire face à des coûts de développement lorsqu'ils sont pondus dans l'eau [42]. Enfin, les précipitations du futur ne sont pas prévisibles et le changement climatique le rend encore moins [42]. Dendropsophus ebraccatus les femelles sont donc probablement confrontées à des risques contradictoires de prédation aquatique, de privation d'oxygène dans l'eau et de dessèchement de l'air lorsqu'elles choisissent l'endroit où pondre leurs œufs. Comprendre les façons dont D. ebraccatus L'évaluation de ces risques éclairera notre compréhension de l'influence relative de chacun sur l'évolution de la reproduction aquatique par rapport à la reproduction non aquatique chez cette espèce.

Ici, nous étudions le conflit entre la ponte aquatique et arboricole dans D. ebraccatus. Nous avons d'abord quantifié le développement des œufs aquatiques et arboricoles sur le terrain pour estimer les coûts de développement potentiels associés à la ponte aquatique. Nous avons ensuite mesuré la capacité de D. ebraccatus faire la distinction entre les petits habitats de reproduction avec et sans poisson, un prédateur aquatique connu d'œufs et de têtards. Enfin, nous avons mesuré expérimentalement les choix de modes de reproduction (ponte d'œufs aquatiques ou arboricoles) dans des environnements sujets à la dessiccation (mésocosmes non ombragés) avec et sans prédateurs de poissons. Nous avons émis l'hypothèse que (i) les œufs pondus naturellement dans l'eau se développeraient plus lentement que ceux pondus sur des feuilles au-dessus de l'eau, (ii) si on leur donnait le choix, D. ebraccatus éviterait de se reproduire en présence de poissons, (iii) dans les mésocosmes non ombragés dépourvus de poisson, les grenouilles pondraient la plupart des œufs directement dans l'eau et (iv) dans les mésocosmes non ombragés contenant des poissons, les grenouilles pondraient la plupart des œufs de manière arboricole, hors de l'eau.

2. Matériel et méthodes

(a) Système d'étude

Dendropsophus ebraccatus est une rainette néotropicale, que l'on trouve couramment du sud du Mexique jusqu'à la côte de l'Équateur [43]. La reproduction a lieu tout au long de la saison des pluies, d'environ mai à novembre sur notre site d'étude au centre du Panama. Les expériences suivantes ont été menées à la station de terrain de Gamboa du Smithsonian Tropical Research Institute entre juin 2007 et août 2008. Les mâles crient la nuit depuis la végétation pour attirer les femelles [44,45]. Les femelles pondent 243 ± 60 œufs en une seule nuit, répartis en une à huit masses d'œufs distinctes (moyenne ± 1 SD, ici et ci-dessous N = 67 paires de grenouilles, J.T. 2006, données non publiées). Les œufs sont déposés en une seule couche sur la face supérieure des plantes émergentes ou directement dans l'eau attachés à la végétation flottante ou à un autre substrat, ce qui est nécessaire pour les garder près de la surface de l'eau car ils ne flottent pas [41].

(b) Enquête sur le terrain : taux de développement dans l'air et l'eau

Afin d'estimer les effets de différents sites de ponte sur D. ebraccatus développement embryonnaire, nous avons conservé une série chronologique d'embryons provenant de masses d'œufs pondus naturellement au-dessus et à la surface de l'eau dans deux étangs près de notre site d'étude. Des masses d'œufs ont été pondues dans la nuit du 21 juin 2007 et localisées et signalées le lendemain matin. À Bridge Pond (9°6′50,26″ N, 79°41′48,13″ W), seules des masses d'œufs arboricoles ont été trouvées (m = 8), alors qu'à Quarry Pond (9°7′22,71″ N, 79°41′36,37″ W), nous avons trouvé des masses d'œufs aquatiques et arboricoles (m = 10 chacun). Quarry Pond est un étang permanent relativement profond avec relativement peu de canopée, tandis que Bridge Pond est un étang saisonnier peu profond qui se remplit au début de la saison des pluies et retient généralement l'eau jusqu'à la saison sèche et dont la canopée est modérée. Des masses d'œufs aquatiques ont été déposées juste sous la surface de l'eau en flottant Salvinie les plantes. Nous avons utilisé minuit comme heure estimée de ponte pour le calcul de l'âge des embryons, la plupart des couvées sont pondues entre 23h00 et 01h00 (J.T. 2006, observation personnelle). Nous avons retiré un œuf à la fois de chaque masse d'œufs à environ 16, 32 et 40 h après la ponte, les embryons ont été conservés immédiatement après le retrait de la masse d'œufs dans du formol tamponné neutre à 10 % et les stades de Gosner [46] ont ensuite été estimés à l'aide d'un microscope à dissection. (grossissement 8×). Après environ 40 h, les embryons aquatiques sont capables d'éclore [11], ce qui rend difficile l'observation du développement. En raison du temps nécessaire pour se déplacer à l'intérieur et entre les étangs, les embryons de Quarry Pond ont été conservés environ 30 minutes plus tôt que ceux de Bridge Pond à chaque intervalle de temps.

Toutes les analyses statistiques ici et ailleurs ont été menées dans R v. 3.1.1 [47]. Le stade de développement de l'embryon a été analysé à l'aide d'un modèle linéaire mixte (LMM [48]) testant les effets du temps et de l'étang/environnement d'œufs (Quarry Pond aquatique, Quarry Pond arboricole, Bridge Pond arboricole) et leur interaction, avec le temps également comme pente aléatoire. (pour tenir compte de plusieurs observations par période de temps) et la masse d'œufs en tant qu'interception aléatoire (pour tenir compte du fait que plusieurs embryons observés au fil du temps provenaient d'une seule masse d'œufs). nous avons mené post-hoc des analyses pour comparer les trois combinaisons étang/environnement à chaque instant à l'aide d'un test de Tukey [49]. Comme post-hoc les tests ont été menés séparément à chaque instant, il n'était pas nécessaire d'inclure des effets aléatoires et, en tant que tel, le modèle de base a été simplifié en un modèle linéaire. Ici et ci-dessous, la signification des prédicteurs dans les modèles mixtes a été évaluée à l'aide de tests de rapport de vraisemblance et l'ajustement du modèle a été vérifié visuellement en examinant les graphiques quantile-quantile.

(c) Expérience 1 : test de discrimination du site de ponte

Pour tester la capacité de D. ebraccatus adultes pour faire la distinction entre les sites de ponte avec et sans prédateurs, nous avons mené des essais de choix de sites de ponte dans des mésocosmes situés près de l'étang expérimental (9°7′14.88″ N, 79°42′14.11″ W) à Gamboa, Panama. Nous avons construit six cages grillagées de 1,3 m 3 contenant chacune deux bacs en plastique de 60 l (40 cm de profondeur × 44 cm de diamètre) remplis d'eau du robinet vieillie et de végétation émergente commune à D. ebraccatus étangs de reproduction sur notre site d'étude, nous n'avons pas fourni aux grenouilles une option pour la ponte aquatique (bien qu'il soit possible pour les grenouilles de pondre des œufs aquatiques attachés à la paroi du bac en plastique). De plus, nous avons placé des mésocosmes sous un couvert forestier épais pour favoriser la ponte arboricole [41]. Nous avons attribué deux Astyanax ruberrimus poisson à l'un des deux bacs à l'intérieur de chaque mésocosme (le bac « prédateur ») et l'autre bac était un témoin sans prédateur. Astyanax ruberrimus se trouve souvent dans les étangs où D. ebraccatus se reproduit sur notre site d'étude (J.T. 2004, observation personnelle) mais ne se produit normalement pas dans l'étang expérimental. Nous avons placé 10 récemment éclos D. ebraccatus têtards dans chaque bac à prédateurs 24 h avant les essais de choix du site de ponte pour créer des signaux chimiques de prédation.

Nous avons testé 21 paires d'accouplement de D. ebraccatus capturés dans le bassin expérimental entre le 15 et le 21 juin 2008. Nous avons collecté des couples qui étaient en amplexus mais n'avaient pas encore commencé à pondre et les avons placés dans des mésocosmes entre 22h30 et 23h00. Nous avons commencé les essais en plaçant au hasard des paires sur la végétation au-dessus du prédateur ou du bac sans prédateur. Ainsi, les couples étaient prêts à se reproduire dans l'étang et n'avaient aucune expérience avec les prédateurs de notre expérience jusqu'à ce qu'ils soient transplantés dans une cage donnée. Nous avons laissé les couples se reproduire pendant la nuit et les avons relâchés à l'étang le lendemain matin. Une seule paire de grenouilles a été placée dans une cage à la fois. Nous avons compté et enregistré l'emplacement de tous les œufs pondus dans des bacs à prédateurs et sans prédateurs. Après chaque test, nous avons retiré les œufs de chaque bac, les avons laissés éclore en laboratoire et les avons remis dans l'étang sous forme de têtards.

La discrimination du site de ponte a été analysée à l'aide d'un test LMM pour un effet du type de bac (prédateur ou témoin) sur le nombre d'œufs pondus au-dessus, avec des effets d'interception aléatoire contrôlant la date de l'essai (car plusieurs essais ont été menés par nuit, et les conditions météorologiques de nuits différentes pourraient influencer les choix de ponte) et la cage dans laquelle l'essai a été mené (car les cages peuvent avoir été légèrement différentes les unes des autres et ont été utilisées plusieurs fois au cours de l'expérience). De plus, comme les œufs pondus dans chaque bac ont été considérés séparément bien qu'ils aient été pondus par une seule paire de grenouilles, le « paire » a été inclus comme effet de pente aléatoire. Ce modèle est équivalent à une paire t-test, mais permet de contrôler les effets aléatoires [50].

(d) Expérience 2 : choix du mode de reproduction en cas de risque de dessèchement et de prédation conflictuels

Mesurer les choix de ponte aquatique/arboricole en D. ebraccatus couples confrontés à des risques contradictoires de prédation des œufs et de faible teneur en oxygène dans l'eau et de dessèchement des œufs au-dessus de l'eau, nous avons mené des essais de choix du site de ponte dans des mésocosmes non ombragés (où les œufs sont confrontés à un risque élevé de dessèchement) avec et sans prédateurs de poissons. Nous avons construit six mésocosmes de 1,3 m 3 , chacun avec un seul bassin (25 cm de profondeur × 130 cm de diamètre) rempli d'eau du robinet vieillie et contenant à la fois de la végétation émergente et une couche de végétation aquatique flottante (Salvinie), similaire à [41]. Quatre A. ruberrimus ont été placés dans chacun des trois mésocosmes (mésocosmes « prédateurs »), tandis que les trois autres ont été laissés comme témoins sans prédateurs. Pour initier des signaux chimiques dans les mésocosmes prédateurs, nous avons placé 25 récemment éclos D. ebraccatus les têtards dans les mésocosmes des prédateurs 24 h avant de commencer les tests de choix du site de ponte. Pour maintenir les indices de prédation au cours de l'expérience, nous avons placé environ 50 D. ebraccatus œufs dans l'eau des mésocosmes prédateurs tous les 2-3 jours. Tous les œufs ont été consommés par les prédateurs à chaque repas.

Entre le 26 juillet et le 16 août, nous avons testé des choix de sites de ponte de 18 sites d'accouplement D. ebraccatus couples capturés dans l'étang expérimental.Nous avons collecté des couples qui étaient en amplexus mais n'avaient pas encore commencé à pondre et les avons placés dans des mésocosmes entre 22h30 et 23h00. Nous avons assigné au hasard des paires soit à des mésocosmes prédateurs, soit à des mésocosmes de contrôle. Comme ci-dessus, les paires n'avaient aucune expérience avec les prédateurs ni l'environnement du mésocosme jusqu'à ce qu'elles soient transplantées dans l'expérience et une seule paire de grenouilles a été placée dans une cage à la fois. Nous avons laissé les couples tranquilles pendant la nuit pour se reproduire et les avons relâchés à l'étang le lendemain matin. Nous avons enregistré le nombre d'œufs dans chaque masse d'œufs et catégorisé l'emplacement de toutes les masses d'œufs comme aquatiques, arboricoles ou à la surface de l'eau (avec certains œufs à la fois dans et hors de l'eau [41]). De plus, nous avons enregistré l'emplacement de tous les œufs individuels comme aquatiques (en contact avec la surface de l'eau ou en dessous) ou arboricoles (pas de contact avec l'eau). Après comptage, tous les œufs ont été retirés des mésocosmes et, à l'exception des œufs donnés aux prédateurs pour créer des signaux chimiques, ont été autorisés à éclore en laboratoire avant d'être remis dans l'étang.

Nous avons analysé les choix de mode de reproduction de deux manières distinctes mais complémentaires. Premièrement, nous avons utilisé un modèle mixte linéaire généralisé (GLMM) en supposant une distribution d'erreur binomiale sous-jacente et une fonction de lien logit. Le modèle a testé les effets du traitement sur la proportion d'œufs pondus en milieu arboricole ou aquatique et a inclus la date de l'essai (car plusieurs essais ont été menés par nuit) comme effet d'interception aléatoire. Un effet aléatoire au niveau de l'observation (paire de grenouilles) a également été inclus pour tenir compte de la surdispersion dans le modèle. Deuxièmement, nous avons utilisé une régression logistique multinomiale pour tester les effets de la présence de prédateurs sur la probabilité que les grenouilles pondent différents types de masses d'œufs (aquatique, de surface ou arboricole), similaire à [41]. Le modèle multinomial n'incluait pas d'effets aléatoires mais incluait plutôt la date et la cage en tant qu'effets fixes dans le modèle.

3. Résultats

(a) Enquête sur le terrain : taux de développement dans l'air et l'eau

Le stade de développement de Gosner [46] des embryons pondus dans les trois combinaisons étang/environnement différait considérablement, les œufs dans l'eau à l'étang Quarry se développant plus rapidement que ceux dans l'air dans l'un ou l'autre étang (figure 1 : étang/environnement, ?? 2 = 37.5, p < 0,00001). Le stade de développement a augmenté avec le temps, comme on pouvait s'y attendre, et il n'y a pas eu d'interaction entre la position aquatique ou arboricole et le temps, ce qui indique que l'effet d'être dans l'air ou dans l'eau était constant pendant les trois fois où nous avons conservé des embryons (temps, ?? 2 = 99.1, p < 0,00001 temps × étang/environnement, ?? 2 = 1.0, p = 0,59). Une comparaison de Tukey des trois combinaisons étang/environnement a révélé qu'à chaque instant, le stade de développement était toujours significativement plus élevé pour les œufs dans l'eau à Quarry Pond que pour les œufs dans l'air à Bridge ou Quarry Ponds (tous p < 0,02). Le développement n'était pas différent entre les œufs arboricoles des étangs Bridge et Quarry à 16 ou 40 h (les deux p > 0,71), mais était légèrement différent à 30 h (p = 0.052).

Figure 1. Le stade de développement [46] de D. ebraccatus embryons conservés à partir de masses d'œufs aquatiques ou arboricoles pondus naturellement dans deux étangs près de Gamboa, Panama. Les embryons se développant dans l'eau à Quarry Pond avaient un développement avancé par rapport aux embryons dans l'air, à la fois dans le même étang et dans un autre étang. Les barres sont moyennes ± s.e. N = 8 masses arboricoles à Bridge Pond, N = 10 masses arboricoles à Quarry Pond, N = 10 masses aquatiques à Quarry Pond. (Version en ligne en couleur.)

(b) Expérience 1 : test de discrimination du site de ponte

Femelle D. ebraccatus utilisé la végétation émergente pour pondre des œufs arboricoles et fortement discriminé contre la ponte dans des bacs contenant des poissons (?? 2 = 8.4, p = 0,004). Les femelles pondaient environ les deux tiers de leurs œufs (197 ± 93 œufs) dans des bacs sans poisson et un tiers dans des bacs avec poissons (112 ± 93 œufs). Six des 21 couples testés ont pondu tous leurs œufs dans le bac sans prédateurs, alors qu'une seule femelle a pondu tous ses œufs avec des prédateurs. Le nombre d'œufs pondus par une femelle donnée n'a pas été influencé par la proportion d'œufs qu'elle a pondus avec des prédateurs, ce qui indique que les poissons n'ont pas consommé d'œufs et ont modifié nos résultats (?? 2 = 0.24, p = 0.63).

(c) Expérience 2 : choix du mode de reproduction dans des conditions conflictuelles de dessèchement des œufs et de risque de prédation

La présence de poissons dans des mésocosmes non ombragés a eu un effet dramatique sur les choix de mode de reproduction, faisant des femelles D. ebraccatus beaucoup plus susceptibles de pondre des œufs arboricoles (figure 2une: ?? 2 = 18.1, p = 0,00002). Lorsqu'il n'y avait pas de prédateurs dans l'eau, les femelles pondaient 88 % de leurs œufs en milieu aquatique, alors que les femelles ne pondaient que 13 % de leurs œufs dans l'eau avec des prédateurs. Le nombre d'œufs pondus par les femelles ne différait pas pour les mésocosmes prédateurs ou témoins, ce qui indique que les poissons n'ont pas modifié nos résultats en consommant des œufs avant notre arrivée pour les retirer et que les femelles n'ont pas retenu les œufs en présence de poissons (232 ± 48 œufs, 254 ± 32 œufs, t-test: t13.8 = −1.17, p = 0,26). En regardant les types de masses d'œufs pondus, les femelles étaient plus susceptibles de pondre des masses d'œufs arboricoles lorsque le poisson était présent, mais plus susceptibles de pondre des masses d'œufs soit entièrement aquatiques, soit à la surface de l'eau en l'absence de poisson (figure 2b: régression logistique multinomiale, ?? 2 = 17.9, p = 0,0001). Les types relatifs de masses d'œufs pondus variaient également selon les dates, très probablement en raison de l'influence des conditions météorologiques sur différentes nuits (?? 2 = 26.5, p = 0.0009).

Figure 2. Les proportions de (une) les œufs aquatiques ou arboricoles et (b) les masses d'œufs aquatiques, de surface ou arboricoles pondus par D. ebraccatus dans des mésocosmes non ombragés avec et sans poissons prédateurs. En l'absence de prédateurs, les grenouilles ont pondu la plupart des œufs et des masses d'œufs dans l'eau, alors que la présence de prédateurs a amené les grenouilles à pondre plus d'œufs et de masses d'œufs de manière arboricole. N = 18 paires de grenouilles. (Version en ligne en couleur.)

4. Discussion

La capacité de pondre des œufs loin de l'eau était probablement cruciale pour le succès de la transition des vertébrés vers la terre [1,3]. Cependant, étant donné que cet événement (ou plus probablement, ces événements) s'est produit il y a longtemps, et parce que les comportements et les tissus mous comme les embryons ne se fossilisent pas, il a été difficile de quantifier la force relative des pressions de sélection qui ont pu pousser les organismes ancestraux à quitter l'eau et pondre les œufs sur la terre ferme. Ici, nous présentons des preuves que le risque de prédation des œufs de grenouille dans l'eau l'emporte fortement sur le risque que ces œufs se dessèchent hors de l'eau, du moins du point de vue du parent pondeur. Nous supposons que les choix de sites de ponte reflètent la même sélection qui a façonné l'évolution de la reproduction en général et, par conséquent, nos résultats fournissent le premier véritable support expérimental à l'hypothèse selon laquelle le risque de prédation aquatique était un facteur important derrière l'évolution des œufs non aquatiques. pose. Cependant, il est important de reconnaître que notre expérience ne recrée pas les conditions environnementales qui ont conduit à l'évolution de la ponte non aquatique. en soi.

Pour les vertébrés ovipares, le choix de l'endroit où pondre ses œufs est le choix final et le plus important pour améliorer la survie de la progéniture, et donc la forme physique, car la plupart des poissons, des amphibiens et des reptiles manquent de soins parentaux après la ponte [51]. De tels choix sont de plus en plus considérés comme assez sophistiqués, par exemple, les moustiques peuvent non seulement discriminer la présence de prédateurs mais quantifier divers degrés de risque [25] et les tortues semblent choisir des sites de ponte afin d'équilibrer le sex-ratio de la progéniture [52]. Cependant, les façons dont les femelles prennent des décisions lorsqu'elles sont confrontées à des indicateurs contradictoires de la survie et du développement de la progéniture sont moins bien comprises (mais voir [38,39]).

Nous avons exposé des femelles à des prédateurs selon deux scénarios différents. Premièrement, les femelles discriminaient contre la ponte d'œufs arboricoles dans des habitats contenant des poissons lorsqu'elles avaient la possibilité de choisir un habitat sans poisson. Malgré le fait qu'un tel comportement soit connu pour de nombreux taxons (par exemple [25,26,31]), il semble toujours remarquable que D. ebraccatus ont réussi à discerner des prédateurs dans des conteneurs relativement petits à proximité et sans expérience préalable, y compris le manque de poissons dans l'étang où les grenouilles ont été collectées pour les expériences. Deuxièmement, nous avons présenté aux femelles des risques contradictoires pour leurs œufs : risque de dessèchement dû au manque d'ombre au-dessus de l'habitat par rapport aux poissons prédateurs dans l'eau. Comme prévu sur la base de travaux antérieurs [41], l'environnement sujet à la dessiccation a amené les femelles à pondre la plupart de leurs œufs directement au contact ou sous la surface de l'eau en l'absence de prédateurs (figure 2). Cependant, lorsque les poissons étaient dans le bassin, les femelles ont ignoré le risque de dessèchement et sont passées à pondre la plupart des œufs hors de l'eau. Notre enquête sur le terrain suggère peu ou pas de coûts de développement de la ponte aquatique (figure 1), ce qui en fait un facteur de risque important influençant le choix du site de ponte, du moins dans le scénario actuel. Ainsi, nous pouvons conclure que les femelles considéraient les prédateurs aquatiques comme un plus grand risque pour leurs œufs que la dessiccation.

Notre expérience s'est déroulée dans des mésocosmes artificiels et n'a pas tenté de vraisemblance, n'étant qu'une version simplifiée d'un étang qui pourrait se produire dans la nature. De même, nos expériences n'ont pas tenté de recréer les conditions qui auraient pu conduire l'évolution de la reproduction non aquatique en premier lieu. En fait, tester l'évolution du mode de reproduction semble impossible avec des animaux vertébrés à l'heure actuelle, mais peut être faisable avec un invertébré savamment choisi avec un temps de génération rapide. Dendropsophus ebraccatus La plasticité du mode de reproduction a probablement évolué il y a longtemps et nous ne saurons jamais les conditions exactes qui ont conduit à un tel changement de comportement. Etant donné que les comportements ne se fossilisent pas, mesurer les décisions des espèces existantes reste le meilleur moyen d'évaluer le rôle de divers agents sélectifs sur l'évolution de la ponte. De plus, mener des expériences comme la nôtre dans des conditions plus naturelles (par exemple dans des étangs réels) est impossible étant donné la nécessité de trouver chaque embryon qu'une femelle pond au cours d'une soirée (les femelles ont chacune pondu 250 à 300 œufs dans les expériences ici).

Les embryons de grenouilles aquatiques sont rapidement consommés par les prédateurs (par exemple [53]) et les résultats précédents montrent que les prédateurs aquatiques sont la principale source de mortalité pour les D. ebraccatus œufs [42]. Ainsi, la présence de poissons représente un indicateur fiable de risque. D'autre part, la ponte arboricole représente une possibilité inconnue. Les habitats non ombragés présentent un risque élevé de dessèchement et les précipitations qui suivront dans les jours suivant la reproduction sont inconnues [14,42]. La pluie tombe environ 50 % des jours pendant la saison de reproduction de D. ebraccatus [42] et s'il pleut, les risques liés à la ponte arboricole sont largement écartés [14]. Cependant, les pluies diminuent en régularité, du moins dans le centre du Panama [42]. Ainsi, les femelles semblent prendre des décisions sur la base des informations concrètes qu'elles obtiennent lors de l'événement de ponte réel. Ceci est corroboré par le fait que les grenouilles qui sont sur le point de se reproduire peuvent être transplantées d'étangs fortement ombragés vers des mésocosmes non ombragés la nuit et pondront toujours dans l'eau [41]. Le fait que des prédateurs soient présents semble représenter un risque suffisant pour amener les mères à parier sur des précipitations futures inconnues et la possibilité que les œufs ne meurent pas de dessiccation.

Touchon & Warkentin [41] ont d'abord démontré que l'oviposition aquatique se produit dans D. ebraccatus, mais nous montrons ici qu'il s'agit d'une stratégie viable et potentiellement avantageuse pour D. ebraccatus en l'absence de prédateurs. Les œufs aquatiques juste sous la surface de l'eau et exposés au soleil diurne se sont développés plus rapidement que les masses d'œufs arboricoles (figure 1). La prédation aquatique peut être très élevée [42], mais si les adultes se trouvent dans des habitats exempts de prédateurs ou à faible risque de prédation, la ponte des œufs dans l'eau peut être avantageuse pour le développement. Même en présence de poissons, il peut être possible de pondre des œufs à la surface de l'eau d'une manière qui les protégerait de la prédation par le bas, comme sur une feuille submergée ou flottante. Nous avons trouvé des poissons à Quarry Pond, où nous avons rencontré des œufs aquatiques pondus naturellement. De même, certaines femelles de notre expérience ont pondu des œufs aquatiques même en présence de poissons (figure 2). Ainsi, pondre des œufs dans l'eau est une décision à haut risque/haute récompense pour D. ebraccatus. Il y a de fortes chances que vos œufs soient mangés si vous les pondez en milieu aquatique, mais s'ils ne le sont pas, ils se développeront rapidement et sans risque de dessèchement. De plus, le fait que certaines femelles pondent encore des œufs aquatiques en présence de poissons implique qu'il existe des variations entre les individus dans la façon dont elles évaluent le risque ou perçoivent les indices de la qualité de l'habitat. La petite taille de l'échantillon de notre enquête sur le terrain ne nie pas son importance en tant que preuve de concept que la ponte aquatique chez cette espèce n'est pas nécessairement préjudiciable. Deux autres étangs ont été étudiés précédemment et ont également trouvé presque aucun coût pour le développement aquatique de D. ebraccatus embryons [42]. Notre objectif n'était pas de fournir une estimation globale des effets du développement dans l'eau, mais simplement de montrer que la ponte aquatique est faisable et ne retarde pas nécessairement le développement. Si les œufs s'enfoncent dans l'étang, par exemple, il y a probablement des coûts de développement. De même, les coûts de développement peuvent être observés dans des étangs présentant des conditions abiotiques différentes de celui étudié ici.

Muller et al. [22] ont récemment trouvé une forte association entre la reproduction des amphibiens terrestres et l'habitat forestier chez les amphibiens d'Afrique de l'Est. De même, Gomez-Mestre et al. [18] ont trouvé une relation entre la reproduction terrestre chez les grenouilles et les climats à fortes précipitations et humidité. Sur la base de nos résultats ici, nous proposons un processus en deux étapes par lequel la reproduction non aquatique pourrait évoluer, qui devrait s'appliquer aux amphibiens ainsi qu'à d'autres taxons. Premièrement, les espèces doivent persister dans des environnements avec de fortes précipitations et une humidité ambiante élevée, ce qui supprime la pression de sélection constante et forte de la dessiccation. Ce n'est que dans ces habitats que la niche terrestre peut être ouverte et rendue disponible pour l'exploitation. Deuxièmement, la présence de prédateurs aquatiques consommant des œufs entraîne l'évolution du choix des sites de ponte hors de l'eau. Une fois que les femelles commencent à pondre hors de l'eau et que la niche terrestre est ouverte, les divers embryons terrestres existants et les formes de reproduction terrestre que nous voyons aujourd'hui peuvent évoluer.

5. Conclusion

Étant donné que le passage de la ponte aquatique à la ponte non aquatique s'est produit à plusieurs reprises dans des taxons très différents, il est peu probable qu'il y ait une seule force motrice derrière tous ces événements évolutifs. Nos résultats n'excluent pas des rôles potentiellement importants pour les parasites d'origine hydrique, de faibles niveaux d'oxygène dans les étangs tropicaux ou un développement accru hors de l'eau (bien que dans notre étude sur le terrain, le développement ait été le plus important dans l'eau) [5-8]. Tous sont potentiellement importants pour déterminer le succès de la transition vers la reproduction terrestre. Cependant, nos résultats soutiennent fortement un rôle, et potentiellement le rôle le plus important, des prédateurs aquatiques dans le passage à la reproduction hors de l'eau. Non seulement les adultes reproducteurs discriminaient la ponte au-dessus des habitats avec des poissons, mais lorsqu'ils étaient confrontés à un risque de dessèchement des œufs et de prédation conflictuel, les grenouilles ont choisi de pondre la majorité de leurs œufs hors de l'eau. Les parasites aquatiques ne sont pas connus pour être un problème dans ce système, mais des travaux futurs devraient étudier le rôle potentiel des niveaux d'oxygène dans la plasticité du mode de reproduction. Depuis que Touchon & Warkentin [41] a documenté pour la première fois cette plasticité dans D. ebraccatus, plusieurs autres espèces de grenouilles ont également des modes de reproduction flexibles [54,55], et ces espèces peuvent fournir des informations indépendantes supplémentaires sur les facteurs qui influencent le passage à la ponte sur terre. De même, il est possible que les radiations de grenouilles se reproduisant non aquatiques en Asie et en Afrique contiennent des espèces avec une flexibilité similaire qui fourniraient de précieuses mesures indépendantes de sélection sur la reproduction.

Déclaration d'éthique

Cette recherche a été menée dans le cadre du protocole IACUC de l'Université de Boston no. 05-022 et a également été approuvé par STRI IACUC.


Résumé

La superficie plantée de cultures génétiquement modifiées résistantes aux insectes exprimant Bacillus thuringiensis (Bt) gènes a considérablement augmenté dans de nombreuses régions du monde. Compte tenu de la présence à proximité de non-Bt les cultures (y compris celles plantées comme refuges) et les habitats non cultivés, les ravageurs ciblés par le Bt trait ont le choix entre Bt et non-Bt les cultures ou les mauvaises herbes, et leur préférence d'hôte peut grandement affecter la gestion des insectes et la gestion de la résistance des ravageurs à Bt protéines. Dans cette étude, nous avons examiné la préférence de ponte du ravageur cible de Bt riz, Chilo suppressalis, pour Bt contre non-Bt plants de riz influencés par les dommages antérieurs causés par C. suppressis larves. Les résultats ont montré que C. suppressis les femelles n'avaient pas de préférence de ponte pour les Bt ou nonBt plantes mais ont été repoussés par des plantes conspécifiques endommagées, que ce soit Bt ou nonBt. Par conséquent, C. suppressis les masses d'œufs étaient plus nombreuses sur Bt plantes que sur les voisins non-Bt plantes à la fois en serre et dans les expériences sur le terrain en raison des dommages significativement plus importants des chenilles sur les non-Bt les plantes. Nous avons également trouvé des preuves d'une moins bonne performance de C. suppressis larves sur des plants de riz conspécifiques endommagés par rapport aux plants non endommagés. Les analyses GC-MS ont montré que les dommages larvaires induisaient la libération de substances volatiles qui repoussaient les accouplements C. suppressis femmes dans des expériences en soufflerie. Ces constatations suggèrent que Bt le riz pourrait servir de culture piège sans issue pour C. suppressis et ainsi protéger les non-Bt plants de riz. Les résultats indiquent également que le comportement de ponte des femelles du ravageur ciblé doit être pris en compte dans le développement de Bt stratégies de gestion de la résistance.

1. Introduction

Au cours des 20 dernières années, des plantes génétiquement modifiées résistantes aux insectes exprimant les protéines Cry de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) ont été rapidement et largement adoptés dans le monde entier. Introduits en 1996, ils couvraient une superficie totale d'environ 100 millions d'hectares en 2016 [1]. En général, l'adoption de Bt a permis de lutter efficacement contre le ou les ravageurs cibles, de réduire l'application de pesticides et d'augmenter les rendements [2]. Ces avantages ont motivé les chercheurs chinois à développer des dizaines de Bt lignées de lutte contre les lépidoptères ravageurs du riz (Oryza sativa L.), y compris Chilo suppressalis (Crambidés), Scirpophaga incertulas (Crambidés), Sesamia inferens (Noctuidés) et Cnaphalocrocis medinalis (Crambidae) [3,4]. Parmi ceux-ci, C. suppressis est considéré comme le ravageur du riz le plus grave en Chine car il attaque le riz à tous les stades de croissance provoquant une perte de rendement annuelle de 3,1% [3,5].

Bien que de nombreuses études aient confirmé que Bt les lignées de riz offrent une protection substantielle contre les ravageurs cibles [6], peu d'études ont considéré les effets de Bt riz (ou Bt maïs ou coton) sur le comportement de ponte des femelles ravageurs cibles [7–10]. Comprendre les effets de Bt cultures lors de la ponte du ravageur cible est important car Bt les cultures sont généralement plantées avec desBt les plantes. Ces derniers servent de refuge dans la mesure où ils favorisent la reproduction des ravageurs et réduisent ainsi la sélection de génotypes résistants aux Bt [11–13]. Dans l'approche "refuge dans un sac", Bt et non-Bt les graines d'une culture sont mélangées et semées ensemble de sorte que les femelles nuisibles n'aient besoin de parcourir qu'une courte distance pour sélectionner un Bt ou nonBt plante pour la ponte [14]. Que le non-Bt les plantes sont dans un champ adjacent ou sont dans le même champ que le Bt plantes, les femelles des ravageurs cibles mobiles auront la possibilité de choisir entre Bt et non-Bt plantes pour la ponte.

La plupart des modèles concernant le développement de Bt résistance chez un ravageur cible supposent que l'oviposition parmi Bt et non-Bt les plantes refuges seront aléatoires [15,16]. Cette oviposition peut ne pas être aléatoire est suggérée par deux points de vue différents sur le comportement des insectes. Selon un point de vue, les femelles ont tendance à pondre leurs œufs sur des plantes sur lesquelles leur progéniture peut bien se comporter. Sur la base de ce point de vue, les chercheurs ont soupçonné que, compte tenu de la forte pression de sélection causée par Bt plantes, les papillons femelles (la plupart des ravageurs ciblés sont les lépidoptères) peuvent développer une préférence de ponte génétiquement contrôlée pour des alternatives non-Bt plantes [7]. Un point de vue différent est basé sur l'observation que les papillons femelles préfèrent souvent pondre sur des plantes hôtes intactes plutôt que sur des plantes hôtes endommagées par les insectes afin de réduire la compétition potentielle et d'améliorer les performances de leur progéniture [17]. Ce phénomène avait été signalé pour un certain nombre d'espèces de lépidoptères de différentes familles, notamment Héliothis virescens (Noctuidés) et Manduca quinquemaculata (Sphingidae) sur tabac [18,19], Ostrinia nubilalis, Ostrinia furnacalis (tous deux Crambidae) et Spodoptera frugiperda (Noctuidae) sur maïs [20–22], Chilo partellus (Crambidae) sur des graminées fourragères africaines [23], Spodoptera littoralis (Noctuidae) sur coton [24] et Manduca sexta (Sphingidae) sur tomate [25].

Plusieurs études sur la préférence de ponte des lépidoptères ont montré que les femelles ne peuvent pas faire la distinction entre Bt et le non-correspondantBt cultivars [10,26–29], suggérant que la plantation de Bt les cultures ne modifieront pas le comportement de ponte des adultes. Dans ces cas, cependant, les expériences n'ont évalué la préférence de ponte que pour les Bt et non-Bt les plantes. Les expériences ont donc ignoré les effets potentiels des dommages larvaires différentiels sur Bt et non-Bt les plantes.

Dans la présente étude, nous avons mené des expériences en laboratoire, en serre et sur le terrain pour tester l'hypothèse selon laquelle les femelles du foreur de tiges rayé C. suppressis (SSB) préfèrent pondre sur des Bt plants de riz plus endommagés non-Bt plants de riz. Si cette hypothèse est correcte, Bt les plantes serviraient de culture piège sans issue pour les non-Bt les plantes. Nous avons également comparé les performances de la SSB au stade précoce sur des plants de riz sains ou des plants endommagés par des congénères afin de déterminer si la fitness des nouveau-nés diffère sur les plants de riz non endommagés par rapport aux plants de riz endommagés. Enfin, nous avons identifié les composés organiques volatils libérés par les plants de riz intacts et endommagés par les chenilles, ce qui pourrait expliquer la réponse de ponte du SBB.

2. Matériel et méthodes

(a) Plantes et insectes

Le transgénique Bt la lignée de riz T1C-19 et l'isoline proche non transformée correspondante Minghui 63 (MH63) ont été utilisées dans toutes les expériences. T1C-19 exprime une synthèse cry1C* gène entraîné par le promoteur de l'ubiquitine du maïs, le gène code pour la protéine Cry1C qui cible les lépidoptères ravageurs du riz [30]. MH63 est une élite indica ligne de restauration pour la stérilité masculine cytoplasmique en Chine. Toutes les semences de riz ont été fournies par le professeur Yongjun Lin (Université agricole de Huazhong, Wuhan, Chine).

Spécimens de C. suppressis utilisés dans les expériences ont été récupérés d'une colonie de laboratoire maintenue sur un régime artificiel [31] pendant plus de 60 générations avec des introductions annuelles d'individus collectés sur le terrain. La colonie a été maintenue dans une chambre climatisée (Ningbo Jiangnan, Ningbo, Chine) à 27 ± 3°C, 75 ± 5% RH et une photopériode de 16 L : 8 D à l'Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Pékin, Chine.

(b) Expériences initiales en laboratoire et en serre

(i) Traitement des plantes

Graines pré-germées de Bt et non-Bt du riz ont été semés simultanément en serre à 28 ± 2°C avec 65 ± 10 % HR et une photopériode de 16 L : 8 D. Après 15 jours, les plants ont été repiqués individuellement dans des pots en plastique (diamètre 20 cm, hauteur 18 cm) avec des trous dans le fond et contenant un mélange 3 : 1 de tourbe et de vermiculite (Usine Meihekou, Meihekou, Chine). Les plantes en pot ont été placées dans une piscine en ciment remplie d'eau à une profondeur de 2 cm. L'eau a été remplacée chaque semaine et un engrais azoté a été appliqué une fois par semaine avant le tallage et une fois toutes les deux semaines après le tallage. Les plantes ont été utilisées dans les expériences six semaines après le repiquage alors qu'elles étaient au stade du tallage avec 10–12 feuilles sur la tige principale.

Pour les traitements contre les chenilles, chaque Bt ou nonBt plant de riz a été individuellement infesté de deux tiers instar C. suppressis qui avait été affamé pendant au moins 2 h. Les tiges de riz infestées de chenilles étaient recouvertes de manchons en plastique pour empêcher les insectes de s'échapper. Trois jours plus tard, des chenilles avaient percé les tiges et causé des dommages visibles. Les chenilles sont restées dans les plantes pendant toute la durée de toutes les expériences. Un essai biologique préliminaire a confirmé que le troisième stade C. suppressis pourrait percer les tiges de Bt plants de riz et causer des dommages, bien que les dommages aient été nettement inférieurs sur Bt plantes que sur les non-Bt plantes [32]. Les plantes dans les traitements sans dommages (plantes saines) sont restées non infestées.

(ii) Expériences en soufflerie à double choix

Pour tester la préférence des femelles accouplées de C. suppressis chenille endommagée ou non endommagée Bt ou nonBt plants de riz, une expérience en soufflerie à double choix a été menée. La soufflerie mesurait 230 cm de long × 80 cm de large × 80 cm de haut (Bejing Hengfabaishun Commerce Co., Ltd, Pékin, Chine). Le flux d'air dans le tunnel (0,2 m s -1 ) était produit par un ventilateur (CHW-124-401, BROAD Clean Air Technology Co. Ltd, Changsha, Chine) et était filtré par passage sur charbon actif.

Six tests de choix ont été effectués : (a) en bon état Bt riz versus non endommagéBt riz (b) endommagé non-Bt riz versus non endommagéBt riz (c) endommagé Bt riz contre non endommagé Bt riz (d) endommagé non-Bt riz contre non endommagé Bt riz(e) endommagé Bt riz versus non endommagéBt riz et (f) non endommagésBt riz contre endommagé Bt riz. Dans chaque essai de choix, les deux types de plants de riz (traitements) ont été placés à l'extrémité au vent de la soufflerie, à 0,5 m l'un de l'autre. Une plaque en plastique servant de plate-forme de lâcher d'insectes a été placée à l'extrémité sous le vent de la soufflerie, à 1,5 m des plantes. Pour le lâcher d'insectes, une cage métallique cubique (226 cm 3 ) contenant un C. suppressis femelle qui avait été accouplé 2 jours plus tôt a été placée sur la plate-forme de lâcher d'insectes avec une ouverture vers les plants de riz. Chaque papillon relâché a été observé pendant 30 min, et son atterrissage sur l'une ou l'autre des plantes pendant au moins 10 s a été enregistré. Les mites ont été enlevées une fois qu'elles avaient fait un choix. Les papillons qui n'ont pas fait de choix au cours de la période d'observation ont été classés comme « pas de choix ». Les positions des deux plants de riz ont été échangées après chaque observation d'insecte pour éliminer un biais de position. La soufflerie a été nettoyée avec un détergent (5 %, v/v) suivi d'alcool (90 %, v/v) et a ensuite été lavée à l'eau claire à la fin de chaque journée. Chaque papillon n'a été testé qu'une seule fois, et un total de 70 à 120 femelles ont été testées individuellement dans chaque expérience de choix. Les expériences ont été menées entre 20h00 et 22h30 sous des conditions de lumière rouge (0,4 lux) dans une pièce climatisée à 28 ± 2°C et avec 75 ± 5% HR.

(iii) Expérience en cage dans la serre

En serre, quatre tests de choix ont été menés avec C. suppressis femelles : (a) intactes Bt riz versus non endommagéBt riz (b) endommagé non-Bt riz versus non endommagéBt riz (c) endommagé Bt riz contre non endommagé Bt riz et (d) endommagé non-Bt riz contre non endommagé Bt riz. Pour chaque essai, quatre plantes en pot (deux plantes de chaque type de traitement) ont été placées aux quatre coins d'une cage (60 cm de longueur × 60 cm de largeur × 80 cm de hauteur) constituée de filets en nylon de 80 mesh. Des plantes appartenant au même traitement ont été positionnées dans des coins opposés. Une assiette en plastique contenant une boule de coton saturée d'une solution d'eau de miel à 10 % a été placée au centre de la cage, et 10 paires de papillons nocturnes nouvellement émergés (moins d'un jour) ont été relâchées sur l'assiette. Après 72 h, le nombre de masses d'œufs et le nombre d'œufs par masse d'œufs sur chaque plante ont été déterminés. Chaque test de choix a été répété 15 à 20 fois (réplicats). L'expérience a été réalisée en serre à 27 ± 3°C et avec 75 ± 10 % HR et une photopériode de 16 L: 8 D.

(c) Expériences sur le terrain

La préférence de ponte de C. suppressis femmes pour Bt contre non-Bt plants de riz a été évalué dans un champ près de la ville de Langfang (39,5° N, 116,4° E), Chine. Semis de Bt et non-Bt le riz élevé comme décrit ci-dessus a été transplanté dans des parcelles expérimentales (2 × 2 m) le 31 mai 2016. Chaque lignée de riz était représentée par huit parcelles, ce qui a donné 16 parcelles. Les parcelles ont été disposées dans une grille de 4 × 4 de telle sorte que le Bt parcelles alternées avec les non-Bt parcelles. Les parcelles étaient séparées par une zone tampon de 1,5 m. L'ensemble de l'expérience (16 parcelles) a été recouvert d'une cage grillagée (14 × 14 × 2,5 m) faite de filet en nylon (maille de 3 mm) pour empêcher les mites d'entrer ou de s'échapper. Les plantes ont été cultivées selon les pratiques agricoles locales mais sans pulvérisation de pesticides. Les 29 juin, 23 juillet et 23 août 2016, pupes et adultes de C. suppressis ont été relâchés dans la cage (300 à 500 individus par lâcher). Les 30 juillet et 30 août 2016, le nombre de masses d'œufs sur chaque plant de riz et le nombre de plants endommagés par les chenilles dans chaque parcelle ont été déterminés. Après la dernière détermination, le nombre de talles sur 10 plantes sélectionnées au hasard dans chaque parcelle a été déterminé comme indicateur de croissance sur deux parcelles, une avec Bt riz et un avec non-Bt riz, ont été exclus pour l'analyse des données de densité d'œufs en raison d'une différence significative dans le nombre de talles par rapport aux autres parcelles (p < 0.05).

(d) Performance de Caterpillar sur des plants de riz endommagés dans une chambre climatisée

Un essai biologique a été effectué pour déterminer l'aptitude des C. suppressis les larves qui se nourrissent de non-Bt plants de riz qui ont été endommagés ou non endommagés par des congénères. Des larves de deux jours de C. suppressis ont été pesés sur une balance électronique (CPA2250, Sartorius AG, Göttingen, Allemagne, lisibilité = 0,01 mg) et ensuite placés individuellement sur des plantes non endommagées ou précédemment endommagées par le troisième stade larvaire C. suppressis comme indiqué précédemment, les stades qui avaient précédemment endommagé les plantes étaient toujours en place. Les plantes ont été préparées comme décrit ci-dessus. Après s'être nourris pendant 7 jours dans une chambre climatisée (Ningbo Jiangnan, Ningbo, Chine) à 27 ± 3°C et 75 ± 5% HR, les insectes survivants ont été comptés et pesés. La performance de 40 insectes a été évaluée pour chacun des deux traitements.

(e) Réponse de la femme C. suppressis aux volatiles végétaux nocturnes induits par les chenilles

Évaluer les effets des volatiles du riz induits par les dommages causés par les chenilles sur le comportement des C. suppressis femelles, les substances volatiles nocturnes libérées par les plantes non endommagées et endommagées par les chenilles ont été collectées et identifiées, et les réponses des femelles aux substances volatiles induites clés ont été déterminées.

(i) Collecte et analyse des matières volatiles des plants de riz

Non-Bt des plants de riz au stade tallage et avec 10–12 feuilles sur la tige principale ont été utilisés dans l'expérience. Les plantes sont restées intactes ou ont été artificiellement infestées de larves de troisième stade de C. suppressis (deux larves par plante) pendant 72 h avant d'être utilisé pour la collecte nocturne de volatiles (20h00–4h00). Pour la collecte des volatiles, les racines des plantes ont été lavées à l'eau courante pour éliminer la terre. Deux plants de riz endommagés ou non endommagés par des chenilles ont ensuite été transplantés dans un flacon conique rempli d'eau (250 ml) de telle sorte que leurs racines soient immergées dans l'eau. Le flacon a ensuite été enveloppé d'une feuille d'aluminium (en laissant les tiges et les feuilles des plantes à l'extérieur) et a été placé dans une bouteille en verre (3142 ml). Les flacons ont été placés dans une enceinte climatisée (Ningbo Jiangnan, Ningbo, Chine) à 27 ± 3°C et 75 ± 5% HR. Avant d'entrer dans la bouteille en verre, l'air a été filtré à travers du charbon actif, des tamis moléculaires (5 , billes, 8-12 mesh, Sigma-Aldrich, St Louis, Missouri, USA) et du gel de silice Rubin (agent de séchage sans cobalt, Sigma- Aldrich, St Louis, Missouri, États-Unis). Les substances volatiles végétales ont été recueillies dans des pièges adsorbants Super Q de 30 mg (maille 80/100, Alltech Associates, Deerfield, IL, États-Unis) dans un tube en verre (5 mm de diamètre, 8 cm de hauteur). Les pièges ont été rincés avec 250 ml de chlorure de méthylène. Une quantité de 500 ng d'acétate de nonyle a été ajoutée aux échantillons en tant qu'étalon interne.

Les matières volatiles ont été analysées par chromatographie en phase gazeuse couplée à un système de spectrométrie de masse (Shimadzu GCMS-QP 2010SE utilisant une colonne capillaire en silice fondue RTX-5 MS). Les échantillons ont été injectés dans un volume de 1 l avec un injecteur sans division maintenu à 230°C. Le GC-MS fonctionnait en mode balayage avec une plage de masse de 33 à 300 uma et était en mode ionisation par impact électronique (EI) à 70 eV. La température du four a été maintenue à 40°C pendant 2 min, puis a été augmentée de 6°C min -1 à 250°C, où elle a été maintenue pendant 2 min. Les composés volatils ont été identifiés par des correspondances spectrales de masse avec les spectres de la bibliothèque ainsi que par des correspondances de rétention avec des normes authentiques disponibles. Les quantifications des composés étaient basées sur leurs zones intégrées liées à l'étalon interne. Si les normes n'étaient pas disponibles, des identifications provisoires ont été faites sur la base de spectres de masse référencés disponibles auprès du NIST (Scientific Instrument Services, Inc., Ringoes, NJ, États-Unis) ou d'une étude précédente.

(ii) Expériences en soufflerie pour l'identification des substances volatiles répulsives clés

Des tests olfactifs sans choix ont été réalisés en soufflerie pour identifier la réponse des femelles accouplées à 10 composés volatils sélectionnés (matériel électronique supplémentaire, figure S1). Des composés ont été sélectionnés qui étaient soit significativement augmentés (d-limonène) soit nouvellement produits (linalol, 2-heptanol, 2-heptanone, salicylate de méthyle, -pinène, -cedrène, β-myrcène, caryophyllène et 2-nonanone) en réponse endommager par C. suppressis larves. De plus, un mélange contenant les 10 composés et un mélange contenant un sous-ensemble de cinq composés (2-heptanol, α-cedrène, β-myrcène, caryophyllène et 2-nonanone) ont été testés sur la base des résultats des composés individuels. Les mélanges ont été préparés dans des proportions qui correspondaient aux proportions de composés détectés dans la collection de substances volatiles provenant de plants de riz endommagés par des chenilles. Le composé 2-nonanone a été acheté auprès de Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd (Shanghai, Chine) avec une pureté de 99 %. Les composés restants ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich (St Louis, MO, États-Unis) avec une pureté de 97 à 99 %.

Un septum en caoutchouc (Pherobio Technology Co., Ltd, Pékin, Chine) placé entre deux pots de plants de riz non endommagés à l'extrémité amont du tunnel de vol a servi de source d'odeur. Les septa ont été chargés avec 100 ul d'hexane (solvant) contenant soit 100 ug d'un composé individuel, soit des mélanges, soit aucun additif (témoin). Après une période d'adaptation de plus de 30 min dans l'environnement, une femelle accouplée a été placée sur la plaque de vol à l'extrémité sous le vent du tunnel, et son comportement de vol a été observé pendant 10 min. Pour chaque papillon, l'heure d'atterrissage sur les plantes a été enregistrée. Les papillons qui ne se sont pas posés sur une plante au cours de la période d'observation ont été classés comme « pas de réponse ».

(f) Analyse des données

Les essais en soufflerie à double choix ont été analysés avec ?? 2 tests, avec une réponse attendue de 50% pour deux traitements. Un échantillon apparié t-test a été utilisé pour analyser les données de ponte de l'expérience en cage en serre. Pour l'expérience sur le terrain, la ponte, les dommages et le nombre de talles du riz ont été analysés par des mesures répétées ANOVA.

Pour les analyses des volatiles collectés à partir de non-endommagés et endommagés non-Bt plantes, une ANOVA à sens unique a été utilisée. Les différences de composés spécifiques dans deux traitements ont été séparées par des tests de différence honnêtement significatifs de Tukey. La réponse comportementale des femelles accouplées à des volatiles simples ou mixtes a été analysée en utilisant le modèle linéaire généralisé, avec le contact de la plante par le papillon comme variable dépendante et différentes odeurs comme variables indépendantes, et avec une distribution binomiale avec la fonction de lien logit et le maximum- estimation de vraisemblance. Toutes les analyses ont été réalisées dans SPSS 22.0 (IBM SPSS, Somers, NY, USA)

3. Résultats

(a) Préférence des femelles pour les chenilles non endommagées ou endommagées Bt ou nonBt riz (expérience en soufflerie à double choix)

Lorsqu'on lui donne le choix entre non endommagé Bt et non endommagéBt plants de riz en soufflerie, C. suppressis les femmes n'ont montré aucune préférence (?? 2 = 0,16, d.f. = 1, p = 0,689) (figure 1). Cependant, les femelles ont montré une forte préférence pour les plantes non endommagées par rapport aux plantes endommagées par C. suppressis larves si les plantes étaient Bt ou nonBt (endommagé non-Bt par rapport aux non-endommagésBt: ?? 2 = 6,37, d.f. = 1, p = 0,012 endommagé Bt contre intact Bt: ?? 2 = 4,27, d.f. = 1, p = 0,039 non endommagéBt contre intact Bt: ?? 2 = 4,13, d.f. = 1, p = 0,042 et endommagé Bt par rapport aux non-endommagésBt: ?? 2 = 9,99, d.f. = 1, p = 0,002) (chiffre 1). Lorsque les deux Bt et non-Bt les plantes ont été endommagées par les chenilles, aucune préférence n'était évidente (?? 2 = 1,46, d.f. = 1, p = 0,228) (figure 1). Dans l'ensemble, les femmes de C. suppressis n'a montré aucune préférence pour Bt contre non-Bt plants de riz, mais préférait les plants de riz intacts aux plants de riz endommagés par les chenilles.

Figure 1. Préférence des femelles accouplées Chilo suppressalis pour les non endommagés ou les chenilles endommagées Bt ou nonBt plants de riz (expérience en soufflerie à double choix). Les symboles de chenille indiquent les dommages causés par les deux tiers des stades larvaires de C. suppressalis. Les astérisques indiquent une différence significative au sein d'une expérience de choix : *p < 0,05 n.s. indique une différence non significative (p > 0,05) (?? 2 essais). Les barres indiquent les pourcentages de femelles qui ont sélectionné l'un ou l'autre type de plante.

(b) Préférence de ponte des femelles pour les chenilles non endommagées ou endommagées Bt ou nonBt riz (expérience en cage en serre)

Lorsqu'on lui donne le choix entre non endommagé Bt et non endommagéBt riz dans l'expérience de la cage, C. suppressis les femelles ont pondu un nombre similaire de masses d'œufs sur les deux types de plants de riz (t = 1,06, d.f. = 19, p = 0,304) (figure 2). Cependant, les femelles en général ont pondu plus de masses d'œufs sur des plants de riz non endommagés que sur des plants de riz endommagés par des chenilles, la différence était significative pour les plants non endommagés.Bt plants de riz (t = 2,42, d.f. = 18, p = 0,026) mais pas pour Bt plants de riz (t = 2,03, d.f. = 14, p = 0,061) (figure 2). Lorsqu'on lui donne le choix entre non endommagé Bt riz et non endommagéBt riz, les femelles ont pondu beaucoup plus de masses d'œufs sur le Bt plants de riz (t = 3,23, d.f. = 19, p = 0,004). Les résultats pour le nombre total d'œufs pondus étaient similaires aux résultats pour les masses d'œufs, c'est-à-dire la différence entre endommagés et non endommagés. Bt le riz était à nouveau important (t = 2,19, d.f. = 14, p = 0,046) (matériel électronique supplémentaire, figure S2). Globalement, C. suppressis les femelles préféraient pondre sur des plants de riz intacts plutôt que sur des plants de riz endommagés par des chenilles, que les plants soient Bt ou nonBt.

Figure 2. Nombre de masses d'œufs pondus par Chilo suppressalis femelles sur des chenilles non endommagées ou endommagées Bt ou nonBt plants de riz (expérience en cage en serre). Les symboles de chenille indiquent des dommages aux deux tiers des stades larvaires C. suppressis. Chaque test de choix a été réalisé avec 15 à 20 répétitions, chacune consistant en un groupe de 10 paires de C. suppressis adultes. Le nombre de masses d'œufs représente le nombre total pondu sur deux plants de riz. Les astérisques indiquent des différences significatives : *p < 0.05 **p < 0.01 n.s. n'indique aucune signification (p > 0,05) (échantillon apparié t-test).

(c) Densités d'œufs de C. suppressis au Bt et non-Bt riz au champ

Les taux de dégâts des chenilles (% de plantes endommagées) étaient de 18,7 ± 6,5 % au 30 juillet 2016 et de 30,3 ± 5,4 % au 30 août 2016 pour les non-Bt plants de riz. Les taux de dommages étaient nettement inférieurs pour Bt plants de riz que pour les non-Bt plants de riz aux deux dates d'échantillonnage (p < 0,001), c'est-à-dire qu'ils étaient inférieurs à 3 % sur Bt plants de riz (figure 3). Les densités des masses d'œufs étaient significativement plus élevées sur Bt plants de riz que sur les non-Bt plants de riz (F1,16 = 5.29, p = 0,042) (figure 3).

Figure 3. Taux de dégâts (% de plantes endommagées, barres) par Chilo suppressalis larves et nombre de masses d'œufs (lignes) pondues par C. suppressis les femmes sur Bt et non-Bt plants de riz dans des conditions de terrain. Bt et non-Bt le riz a été planté dans des parcelles de 2 × 2 m dans le champ, et toute la surface de la parcelle a été recouverte d'une cage grillagée (14 × 14 × 2,5 m). Pupes et adultes de C. suppressis ont été relâchés dans la cage les 29 juin, 23 juillet et 23 août 2016. Masses d'œufs sur Bt et non-Bt les plants de riz ont été comptés les 30 juillet et 30 août. Les valeurs sont des moyennes ± s.e. Le taux de dégâts des chenilles était significativement plus élevé (p < 0,001) et le nombre de masse d'œufs était significativement plus faible (p = 0,042) sur non-Bt plantes que sur Bt plantes selon une ANOVA à mesures répétées.

(d) Performance des chenilles sur les plants de riz endommagés dans une chambre climatisée

A 2 jours C. suppressis les larves ont été autorisées à se nourrir pendant 7 jours sur desBt plants de riz non endommagés ou endommagés par le troisième stade larvaire, le taux de survie était significativement plus faible sur les plants endommagés (75 %) que sur les plants non endommagés (92 %) (?? 2 = 4,50, d.f. = 1, p = 0,034) (matériel électronique supplémentaire, figure S3). De même, l'augmentation du poids corporel était significativement plus faible sur les plantes endommagées (3,20 ± 0,22 mg) que sur les plantes non endommagées (9,29 ± 0,59 mg) (t = 9,19, d.f. = 65, p < 0,001) (matériel électronique supplémentaire, figure S3). Globalement, C. suppressis les larves se sont beaucoup mieux comportées sur des plants de riz non endommagés que sur des plants de riz précédemment endommagés par des congénères.

(e) Réponse de la femme C. suppressis aux volatiles végétaux nocturnes induits par les chenilles

Au total, 28 composés ont été détectés dans l'espace de tête de non-Bt plants de riz endommagés par C. suppressis mais seuls quatre composés (α-pinène, d-limonène, salicylate de méthyle et tétradécane) ont été détectés dans l'espace libre de non-endommagésBt plants de riz (matériel électronique supplémentaire, tableau S1). Les teneurs en d-limonène et tétradécane étaient significativement plus élevées pour les plantes endommagées que pour les plantes non endommagées, et les teneurs en α-pinène et salicylate de méthyle ne différaient pas significativement entre les plantes endommagées et non endommagées (matériel électronique supplémentaire, tableau S1).

Sur la base des résultats GC-MS (matériel électronique supplémentaire, tableau S1), nous avons mené une expérience en soufflerie pour évaluer la réponse de C. suppressis femelles à chacun des 10 composés volatils suivants : linalol, 2-heptanol, d-limonène, 2-heptanone, salicylate de méthyle, -pinène, -cédrène, β-myrcène, caryophyllène et 2-nonanone. Dans le traitement témoin (plants de riz avec un septum en caoutchouc chargé de 100 µl d'hexane), 51 % des femelles ont présenté un vol au vent et ont contacté les plants de riz (figure 4). Un pourcentage similaire de femelles a répondu au linalol, au d-limonène, à la 2-heptanone, au salicylate de méthyle ou au -pinène (p > 0,05). Par rapport au traitement témoin, beaucoup moins C. suppressis les femelles ont montré une réaction de vol au vent au 2-heptanol (?? 2 = 3,56, d.f. = 1, p = 0,038), α-cédrène (?? 2 = 5,74, d.f. = 1, p = 0,017), β-myrcène (?? 2 = 11,751, d.f. = 1, p = 0,0003), caryophyllène (?? 2 = 11.372, d.f. = 1, p = 0,001) ou 2-nonanone (?? 2 = 11,751, d.f. = 1, p = 0,001) (chiffre 4). Ensuite, nous avons testé la réponse des femelles accouplées à des mélanges synthétiques de plusieurs composés volatils. Le pourcentage de contact n'était que de 14,3 % avec le mélange contenant les 10 composés et n'était que de 19,3 % avec le mélange contenant les cinq composés dans les deux cas, les pourcentages étaient significativement inférieurs à celui du témoin (les deux p < 0,001).

Figure 4. Réponses de vol au vent (pourcentage de papillons qui se sont posés sur les plantes) de Chilo suppressalis femelles sur des plants de riz et des cloisons en caoutchouc traitées avec de l'hexane (témoin) ou avec les composés volatils synthétiques indiqués dissous dans de l'hexane (expérience en soufflerie). * et ** indiquent des pourcentages significativement inférieurs (p < 0,05 et 0,01, respectivement), c'est-à-dire la répulsion indiquée.

4. Discussion

L'augmentation rapide de la plantation de Bt-les variétés de cultures transgéniques ont considérablement modifié la production et la protection des cultures dans de vastes régions du monde. Avec la présence combinée de non-Bt les cultures (y compris celles plantées comme refuges) et les habitats non cultivés, les ravageurs ciblés par le Bt trait ont le choix entre Bt et non-Bt cultures ou mauvaises herbes. La préférence d'hôte de ces ravageurs a des conséquences importantes à la fois pour la gestion des insectes ravageurs et la gestion de la résistance des insectes.

Nos analyses ont montré que C. suppressis les femelles n'ont pas de préférence de ponte pour les Bt contre non-Bt plants de riz. Ces résultats sont cohérents avec des études antérieures sur le coton, le maïs, le riz et le colza, suggérant que la transformation et l'expression de la cri gènes n'affecte pas le comportement de ponte des ravageurs cibles [10,26-29]. Notre étude précédente a également confirmé que les Bt et non-Bt les plants de riz (les mêmes lignées de riz utilisées que dans la présente étude) ont émis le même nombre de volatiles et il n'y avait pas de différences significatives dans la quantité de chaque composé volatile entre les traitements [33]. Nous avons documenté, cependant, une préférence de ponte significative de C. suppressis femelles pour les plants de riz non endommagés par rapport aux plants endommagés par des larves conspécifiques, que les plants aient été Bt ou nonBt. À notre connaissance, il s'agit du premier rapport indiquant que C. suppressis les femelles évitent de pondre sur les plantes hôtes endommagées par leurs congénères. Comme indiqué dans l'introduction, ce phénomène a déjà été observé pour un certain nombre d'autres espèces de lépidoptères. Cependant, ce comportement n'est pas présenté par tous les insectes. Les coléoptères (Coleoptera : Chrysomelidae), par exemple, préféraient les plantes endommagées aux plantes intactes [34-37]. Même certains lépidoptères préfèrent les plantes endommagées. S. littoralis, par exemple, pondait préférentiellement sur des plants de coton endommagés par des larves du troisième au quatrième stade plutôt que sur des plants non endommagés [38]. Nous avons également découvert que les femelles accouplées d'un autre lépidoptère ravageur du riz, C. medinalis, n'ont montré aucune préférence de ponte entre les plants de riz non endommagés et ceux endommagés par leur congénère (YQ Wang & YH Li 2018, données non publiées).

La question demeure pourquoi C. suppressis les femelles préfèrent pondre sur des plants de riz sains. Selon le principe de « la mère sait le mieux », une des raisons pourrait être que la progéniture se comporte mieux sur des plants de riz non endommagés que sur des plants de riz endommagés [17]. Nos résultats appuient cette hypothèse dans la mesure où la survie et le poids corporel des C. suppressis les larves étaient plus faibles sur les plants de riz endommagés par les chenilles que sur les plants de riz sains. Une explication possible est la production induite d'inhibiteurs de la trypsine protéinase dans les plants de riz en réponse à C. suppressis infestation [39]. Comme cela a été rapporté pour de nombreuses espèces de papillons nocturnes, les femelles semblent reconnaître les plantes endommagées par les composés volatils libérés [18,25,40,41]. Nos analyses GC-MS combinées aux expériences en soufflerie ont indiqué que cinq composés volatils, à savoir le 2-heptanol, le -cédrène, le β-myrcène, le caryophyllène et le 2-nonanone, étaient principalement responsables de la répulsion des plantes endommagées.

Sur la base du constat actuel selon lequel C. suppressis les femelles évitent de pondre sur des plantes précédemment endommagées par des larves conspécifiques et sur la base de la découverte précédente que le nouveau-né C. suppressis ne peut pas survivre ou causer des dommages notables sur Bt plants de riz au champ [42], on s'attend à ce que C. suppressis les femelles migreront des non-Bt rizières à protéger Bt rizières pour la ponte lorsque le Bt et non-Bt les plantes sont à proximité. En conséquence, la progéniture produite sur Bt les plants de riz seront tués par le Bt protéine. Ceci est incompatible avec la théorie de la « mère sait le mieux ». Comme suggéré par Jongsma et al. [7], les papillons femelles semblent incapables de détecter la présence de Bt protéines et peuvent donc ne pas développer un comportement d'évitement. Nos résultats indiquent ainsi que Bt le riz pourrait servir de culture-piège sans issue pour C. suppressis et protégerait les non-Bt riz comme suggéré par Shelton et al. [43]. Compte tenu des systèmes de riziculture à petite échelle répandus en Chine [44], les effets sur C. suppressis les populations pourraient être importantes. Ceci, cependant, doit être confirmé dans les conditions de terrain une fois Bt le riz est cultivé sur de plus grandes superficies. Fait intéressant, les cicadelles telles que Nilaparvata lugens (Hemiptera : Delphacidae) présentent un comportement différent. Lorsqu'ils ont le choix, ils préfèrent pondre sur des chenilles endommagées (nonBt) plants de riz par rapport aux plants non endommagés (Bt) plants de riz [32]. Non-Bt refuges de riz plantés à côté de Bt le riz pourrait ainsi agir comme une culture piège et protéger Bt riz de ce ravageur non ciblé.

Une autre implication importante de nos résultats concerne l'évolution des Bt résistance des ravageurs cibles, ce qui constitue une menace majeure pour l'utilisation durable des Bt cultures [12,13,45]. Actuellement, la stratégie la plus couramment pratiquée pour retarder l'évolution des Bt la résistance est l'établissement de refuges avec des non-Bt plantes [11,12]. Parce que C. suppressis est hautement spécialisé pour le riz, structuré non-Bt refuges de riz plutôt que des refuges naturels adjacents à Bt du riz sera nécessaire [16]. Cependant, la valeur des refuges pour retarder le développement de Bt la résistance est basée sur l'hypothèse d'une ponte et d'un accouplement aléatoires par le ravageur cible à travers le Bt les plantes et les non-Bt plantes dans les refuges [15,46]. Nos résultats suggèrent que cette hypothèse est invalide pour C. suppressis car les femelles éviteront de pondre sur les non-Bt plantes refuges une fois que ces plantes sont endommagées. Modélisation des données pour une autre espèce de lépidoptères (Spodoptera frugiperda Noctuidae) suggèrent que la préférence de ponte pour Bt sur non-Bt les plantes affecteront de manière significative la vitesse d'évolution de la résistance à la Bt trait [8]. Ceci doit être pris en compte lors de la conception du plan de gestion de la résistance pour Bt riz en Chine, notamment parce que C. suppressis peut avoir jusqu'à cinq générations par an [47].

Les résultats actuels indiquent que C. suppressis les femelles montreront une forte préférence de ponte pour Bt sur non-Bt plants de riz une fois que les plants ont été exposés au ravageur. Cela se produit parce que les dommages causés par les ravageurs seront beaucoup plus élevés sur les non-Bt riz et parce que les femelles préfèrent pondre sur des plantes intactes. Les résultats suggèrent qu'en agissant comme une culture piège sans issue, Bt le riz pourrait aider à protéger les non-Bt plants de riz contre C. suppressis.


Orientation, navigation et homing chez les animaux

L'orientation est la position de l'animal par rapport à la gravité ou à la ressource. C'est la position que l'animal maintient pour atteindre la ressource. L'orientation positionnelle consiste à maintenir une posture verticale contre la gravité pour laquelle les vertébrés ont un labyrinthe membraneux et un statocyste d'invertébré.

L'orientation de l'objet a lieu lorsque l'animal essaie de s'approcher d'un objet qui peut être de la nourriture ou de l'eau. Les animaux aquatiques se déplacent verticalement dans un étang ou un lac, ce qu'on appelle la strato-orientation. Lorsque les animaux essaient de passer des prairies aux forêts, aux déserts ou aux montagnes, cela s'appelle l'orientation zonale. Les animaux qui migrent sur de longues distances possèdent généralement une orientation topographique ou géographique.

La kinésie est le mouvement d'un animal en réponse à des stimuli. Il peut s'agir d'un mouvement orienté ou non dirigé selon la source de stimulus. La réponse peut être proportionnelle à l'intensité du stimulus.

Klinokinésie est le changement de direction pendant le mouvement qui peut augmenter ou diminuer en fonction de l'intensité. Généralement, l'animal se déplace alternativement à droite et à gauche pour comparer la direction du stimulus afin d'obtenir une orientation correcte. Les animaux ayant un seul récepteur présentent des mouvements alternés. La chenille et les asticots à la recherche des sites de nymphose vacillent en se déplaçant.

Orthokinésie représente la vitesse de locomotion qui est liée à l'intensité du stimulus et à l'accumulation d'énergie spécifique à l'action chez l'animal. Tout le corps de l'animal est concerné. Par exemple, les animaux fouisseurs comme Ammocète les larves de lamproies s'enfouissent dans le sable à l'abri de la lumière. Les cafards se déplacent des zones les plus lumineuses vers l'obscurité.

Différents types de kineses sont nommés par rapport au stimulus, par ex. l'hygrokinèse concerne l'humidité comme dans la photokinésie des isopodes dans laquelle le stimulus est un gradient de lumière et la chimiokinèse concerne des stimuli chimiques.

Taxis est l'orientation de l'animal par rapport à la direction du stimulus dans l'espace. Le mouvement peut se rapprocher ou s'éloigner du stimulus et, selon le stimulus, il peut être nommé comme suit : hygrotaxie (humidité) géotaxie (gravité) chimiotaxie (goût ou odeur) thermotaxie (température) anémotaxie (courant d'air) rhéotaxie (courant d'eau) phototaxie (intensité lumineuse) phonotaxie (ondes sonores) astrotaxie (soleil, lune et étoiles) ménotaxis (angle par rapport au stimulus) mnémotaxie (basée sur la mémoire).

Klinotaxis se produit chez les animaux qui ont un seul récepteur, comme dans Euglena, qui compare l'intensité du stimulus par des mouvements latéraux alternés. De même, chez les asticots des diptères, l'organe sensible à la lumière est un amas de cellules au-dessus et derrière la bouche et la réponse négative à la lumière est comparée par le mouvement de flexion du corps.

Tropotaxie se trouve chez les animaux qui ont des récepteurs appariés comme les yeux dans Planaria. L'animal reçoit des entrées égales sur les deux récepteurs et peut donc se déplacer en ligne droite vers ou loin de la lumière. Si l'un des yeux d'un insecte est peint en noir, il effectue des mouvements circulaires vers le côté de l'œil peint.

Télotaxie se trouve lorsque l'animal a le choix entre les stimuli positifs et négatifs ou lorsque l'animal n'a pas une entrée équilibrée sur les deux récepteurs. L'orientation s'effectue en fixant l'image sur un côté en déplaçant la tête et en faisant un choix. Abeille à miel voyant deux sources de lumière vole vers n'importe qui en faisant un choix.

Ménotaxie implique de maintenir un angle constant par rapport à la source de stimulus. Les papillons nocturnes ont l'habitude de voler en gardant la source lumineuse (généralement les étoiles et la lune) à angle droit par rapport au corps afin qu'ils puissent voler parallèlement au sol.Mais lorsqu'ils font de même avec la lumière artificielle c'est-à-dire au plus près, ils sont obligés de voler en rond. Les abeilles mellifères volent de leurs ruches aux fleurs en maintenant un angle constant par rapport au soleil, comme le révèle le naseux agité des abeilles éclaireuses. L'angle avec le soleil est mémorisé par les abeilles butineuses tout en regardant la danse sur la surface verticale du rayon. Les abeilles butineuses volent ensuite vers la source de nourriture en maintenant le même angle avec le soleil.

Mnémotaxis a été décrit pour la première fois par Kuhn (1919). C'est l'orientation basée sur la mémoire qui a été étudiée par Niko Tinbergen (1951) avec son expérience sur la guêpe creuseur. La guêpe fait le tour du nid et porte une carte mémoire du nid et de ses environs, ce qui l'aide à s'orienter avec précision et à retourner au nid. Ceci est également appelé orientation zonale et orientation géographique qui implique la distance, la direction et les points de repère qui font la topographie de la zone et aident l'animal à se diriger vers son nid.

NAVIGATION & HOMING

Les animaux migrateurs qui parcourent de longues distances pour se reproduire ou pour échapper au climat rigoureux doivent trouver leur chemin avec précision au-dessus des océans, des déserts, des forêts et des montagnes. Les poissons, les oiseaux et de nombreux invertébrés possèdent des capacités extraordinaires pour traverser les océans, les déserts et les montagnes afin d'atteindre leur destination.

Les invertébrés tels que les crustacés, les amphipodes, les fourmis, les abeilles et les guêpes possèdent un fort instinct de recherche et de navigation et sont guidés par le soleil, la lune, les étoiles et la topographie de la région pour suivre un itinéraire précis. Les papillons monarques migrent sur des milliers de kilomètres du Canada au Mexique pour échapper à l'hiver rigoureux et revenir avec précision au même endroit.

NAVIGATION DE POISSON

Comment les poissons trouvent leur chemin dans d'immenses étendues de mer et atteignent leurs destinations qui se trouvent à des milliers de kilomètres a été un mystère. On pense qu'ils s'orientent par la position des étoiles et de la lune dans le ciel nocturne et le soleil pendant la journée pour trouver la direction de la nage.

Ils utilisent également les gradients de température et les courants océaniques qui les aident à nager et à naviguer. Cependant, il a été prouvé expérimentalement par A.S. Hasler que les saumons sont guidés par l'odeur de leur ruisseau d'origine pendant le voyage de retour.

La carte des odeurs s'imprime dans leur cerveau lorsqu'elles migrent sous forme de larves des affluents vers la mer et elles peuvent revenir de la mer en utilisant cette carte des odeurs lorsqu'elles deviennent adultes. Les anguilles peuvent également migrer vers la mer des Sargasses en utilisant des cartes d'odeurs similaires, mais comment leurs larves, leptocéphales retrouver leur chemin vers les embouchures des rivières, traverser de vastes étendues de la mer Atlantique est un mystère. Leurs parents laissent probablement des traces d'odeurs pendant leur voyage.


Conclusion

En conclusion, nos résultats montrent que les coûts et les bénéfices dépendent de l'histoire d'accouplement des individus et de leurs partenaires d'accouplement. À la lumière de qui est susceptible d'être le sexe exigeant, le sexe avec un gradient Bateman plus raide indique une sélection directionnelle plus forte pour le succès de l'accouplement et donc que le sexe est principalement en compétition pour les partenaires sexuels [7], tandis que l'autre sexe est probablement le sexe le plus exigeant. Comme le gradient Bateman femelle est plus raide que le gradient Bateman mâle jusqu'à ce qu'elle se soit accouplée trois fois, les mâles sont peut-être le sexe le plus exigeant au début de la saison des amours, tandis que les femelles deviennent probablement le sexe le plus exigeant plus tard dans la saison des amours. Comme la pente du gradient de Bateman mâle dépend du niveau de préséance des spermatozoïdes, les effets de la compétition entre les spermatozoïdes doivent être pris en compte lors de la comparaison des gradients de Bateman pour différents sexes d'une espèce polygame afin d'évaluer quel est le sexe le plus exigeant. Avec ces résultats, nous concluons que chez une espèce polygame, le choix des rôles sexuels change probablement de manière dynamique avec le statut d'accouplement des mâles et des femelles, en fonction des coûts et des avantages directs de la reproduction des accouplements multiples et de la compétition entre les spermatozoïdes. Notre perspective de l'histoire de la vie sur la dynamique d'accouplement d'une espèce de papillon polygame jette un nouvel éclairage sur la sélection sexuelle pour l'attirance sexuelle mâle et femelle.


Les mites trouvent des plantes, mais quel est l'impact des plantes sur les mites ?

Alors que dans la section précédente, nous avons discuté du traitement neuronal des signaux naturels et de ses conséquences sur le comportement, dans cette section, nous mettons en évidence certains signaux et signaux végétaux qui, à leur tour, peuvent influencer le comportement des mites. Du point de vue de la plante, ce qui compte, c'est d'attirer des pollinisateurs efficaces. Dans le cas d D. wrightti, comme nous l'avons mentionné, cela a pour conséquence non intentionnelle d'attirer également les femelles gravides. Cette espèce végétale peut y faire face efficacement, car les plantes peuvent tolérer des niveaux élevés de défoliation, repousser rapidement après l'herbivorie, réduire les taux de photosynthèse et rediriger les ressources vers le stockage dans les racines lors de l'herbivorie (cité dans Reisenman et al., 2010). Cependant, une fois que les papillons sondent les fleurs, d'autres signaux sensoriels gustatifs présents dans le nectar semblent avoir des effets profonds sur l'orientation des décisions comportementales.

Comme mentionné précédemment, les plantes produisent souvent des composés secondaires (par exemple, des alcaloïdes, des glycosides et des composés phénoliques) pour dissuader les herbivores et les agents pathogènes (Karban et Baldwin, 1997). Fait intéressant, ces composés secondaires sont également présents dans le nectar floral (Adler, 2000) et peuvent être induits par l'herbivorie d'une manière spécifique à l'espèce végétale (Adler et al., 2006 Hare et Walling, 2006 Kessler et Halitschke, 2009). Il a été suggéré que la présence de ces composants dans le nectar augmente la fidélité des pollinisateurs, repousse les voleurs de nectar et améliore le transfert du pollen en intoxicant les pollinisateurs (Adler, 2000).

Dans le cas d D. wrightii, un avantage évident pour les femmes M. sexta est que les visites de plantes à fleurs fournissent à la fois des ressources de nectar et de ponte. Cependant, en raison de la disponibilité limitée des fleurs (qui ne fleurissent qu'un soir) et des effets de l'herbivorie (qui limite le nombre de plantes hôtes saines), les papillons femelles rencontrent des ressources spatio-temporelles parcellaires. Le système nerveux de la mite a la capacité d'ajuster son activité de sorte que la sortie comportementale soit au maximum bénéfique pour la survie dans un environnement souvent rude et inégal. Cette plasticité est accomplie par la libération de neuromodulateurs spécifiques, notamment la sérotonine, l'octopamine et la dopamine, dans des régions cérébrales restreintes telles que l'AL, la corne latérale et les corps des champignons. Par exemple, les dommages causés par l'herbivorie à D. wrightii les plantes provoquent des concentrations élevées de certains alcaloïdes dans le nectar des fleurs qui M. sexta trouve aversif. Alcaloïdes tropaniques (dont la scopolamine) dans le nectar des D. wrightii augmenter de plus de 20 fois dans les plantes endommagées (Dacks et al., 2012). Au fil du temps, les mites apprennent l'association entre la teneur en alcaloïdes et l'odeur florale et végétative afin d'éviter ces plantes endommagées. La libération de dopamine dans le cerveau des papillons de nuit, y compris les AL et les corps des champignons, s'est avérée être un signal critique médiateur de l'apprentissage aversif et signalant la présence d'un stimulus aversif. Par exemple, lorsque les AL de papillons femelles ont été injectés avec un antagoniste des récepteurs de la dopamine, les papillons ne pouvaient plus apprendre l'association du nectar aversif et de l'odeur de la fleur. De plus, lorsque la dopamine a été surfusionnée sur l'AL, l'ensemble neuronal a montré des réponses améliorées au stimulus de l'odeur de la fleur. La modulation dopaminergique des circuits AL joue ainsi un rôle important dans la formation de la mémoire des odeurs florales répulsives et la discrimination des plantes endommagées par les larves. Fait intéressant, les effets des alcaloïdes sur la préférence des mites sont façonnés à la fois par l'espèce végétale et le contexte comportemental. Par exemple, les femelles préfèrent pondre dans des plants de tabac qui ont des concentrations plus élevées de nicotine dans le nectar (Adler et al., 2006), mais elles en retirent moins de nectar (Kessler et Baldwin, 2006). Ainsi, le système nerveux peut évaluer différentiellement un même indice sensoriel végétal (en l'occurrence la nicotine) selon le contexte comportemental.

Quels sont les effets des composés secondaires du nectar sur le comportement des insectes ? En général, les concentrations naturelles de composés secondaires ne dissuadent pas les insectes se nourrissant de nectar, qu'ils soient spécialistes ou généralistes. Chez les insectes généralistes tels que les abeilles, de faibles concentrations de certains composés secondaires tels que la nicotine et la caféine suscitent une préférence alimentaire (Singaravelan et al., 2005). Cette préférence n'est pas médiée par les récepteurs gustatifs périphériques, mais est probablement due à l'effet de ces substances dans les centres cérébraux de récompense (Singaravelan et al., 2005 Kessler et al., 2015). En revanche, une exposition prolongée à des concentrations élevées de ces composés (p. Les effets de ces substances sur l'apprentissage et la mémoire chez les insectes herbivores qui sont exposés à des concentrations naturelles de défenses secondaires des plantes n'ont pas encore été étudiés, mais les plants de tabac qui ont été conçus pour manquer complètement de nicotine dans le nectar ont plus de nectar retiré par nuit (Kessler et Baldwin, 2006). Contrairement aux abeilles, les récepteurs du goût dans les pièces buccales des mites peuvent détecter facilement des composés amers tels que la caféine (Bernays et al., 2002 Glendinning et al., 2006), qui sont couramment présents dans leurs plantes hôtes. Les effets de ces substances sur le comportement restent cependant à étudier dans le contexte écologique et comportemental approprié.


Discussion

Nos résultats précédents ont montré que les excréments larvaires ou les masses d'œufs provenant de Ostrinie les espèces prises en sandwich entre les couches d'un morceau de coton réduisaient considérablement la ponte des papillons femelles. Les composants chimiques des moyens de dissuasion de la ponte provenaient à la fois des excréments larvaires et des masses d'œufs étaient C14:0, C16:0, C16:0, C16:1, C18:1, C18:2 et C18:3 (Li et Ishikawa 2004, 2005). Cela indique que les acides gras dissuasifs de ponte sont volatils et peuvent être détectés par les antennes femelles. Conformément à cette indication, chez l'oranger du nombril Amyelois transitella, C18:1 et C18:2 fournissent les indices utilisés pour l'orientation du vol vers la source d'une odeur dans une soufflerie (Phelan et al. 1991). De plus, des acides gras similaires dissuasifs de la ponte et leurs mélanges provoquent des réponses EAG significatives et des courbes dose-réponse typiques chez le ver de la capsule du coton, Helicoverpa armigera (Xu et al. 2006). Dans le présent article, nous avons trouvé que les femelles avec les deux antennes amputées, contrairement aux femelles intactes et aux femelles avec une antenne retirée, ne pouvaient pas faire la distinction entre les papiers filtres de contrôle fournis simultanément et les filtres traités avec un mélange d'acides gras dissuasifs de ponte. Cela implique que les acides gras dissuasifs de ponte sont perçus par O. furnacalis antennes. De même, plusieurs ravageurs phytophages tels que Spodoptera littoralis (Hilker et Klein 1989 Anderson et al. 1993), Pieris brassicae (Behan et Schoonhoven 1978), P. rapae (Schoonhoven 1990), Ceutorhynchus assimilis (Ferguson et al. 1999) et Callosobruchus subinnotatus (Mbata et Ramaswamy 1995) et des espèces parasitoïdes telles que Horticole hipster (van Nouhuys et Ehrnsten 2004), Pteroptrix longiclava et Encarasis gigas (Chi et al. 1997), Anaphes iole (Conti et al. 1997 Wu et Nordlund 2002), Epidinocarsis lopezi et Leptomastix dactylopii (van Baaren et Nenon 1996), Trichogramme evanescens (Sel 1937) et Trissolcus basalis (Colazza et al. 1996 Field 1998 Rosi et al. 2001) ont été signalés à percevoir des phéromones dissuasives de ponte par les antennes.

La technique de l'électro-antennogramme mesure la sommation des potentiels récepteurs des cellules répondantes dans les antennes d'insectes. Cette technique est beaucoup plus simple que les tests comportementaux ou les enregistrements d'un seul sensille et reste jusqu'à présent une méthode puissante dans les recherches infochimiques (Burguière et al. 2001 Wibe 2004 Bruce et al. 2005). La technique EAG a été utilisée pour estimer la détection par les femmes et les hommes O. furnacalis papillons de C14:0, C16:0, C18:0 et C18:1 et leurs esters méthyliques correspondants, qui se sont révélés être les phéromones empêchant la ponte dans l'extrait d'œufs de Ostrina nubilalis (Thiéry et Le Quéré 1991). Les résultats ont montré que des réponses EAG significatives au-dessus du solvant et du bruit de fond ont été provoquées par tous les produits chimiques testés chez les femelles et par la plupart des composés testés chez les mâles. Parmi les trois acides gras saturés, C16:0 a donné la réponse EAG la plus forte aux femelles et aux mâles accouplés. Les réponses EAG de ces composés ne sont pas proportionnelles à la volatilité, ce qui démontre que la longueur du carbone affecte évidemment leurs activités. De même, il a été rapporté que de nombreux insectes sont plus sensibles à C6 composés à chaîne droite et dans une moindre mesure à C5-, C7- et C8 composés à chaîne droite, indépendamment des groupes fonctionnels terminaux (Visser 1979 Kozlowski et Visser 1981 Dickens 1984 Light et al. 1988 Burguiere et al. 2001). Entre deux espèces octadécanoyles, l'acide gras saturé a suscité des réponses EAG plus élevées que l'acide gras insaturé. En revanche, l'ester méthylique saturé a suscité une réponse EAG plus faible que les esters insaturés. Les influences des liaisons insaturées sur les réponses EAG ont également été documentées par Guerin et Stํler (1982), Visser (1983,1986), Light et al. (1988) et Burguière et al. (2001). La méthylation des acides gras peut améliorer leur volatilité, les réponses EAG à C16:0Moi et C18:0Les ME, cependant, n'étaient pas toujours augmentés par la méthylation. Ces résultats ont démontré que la longueur du carbone, la double bande et la méthylation affectent évidemment les activités des produits chimiques testés.

Il était évident que C14:0Moi et C18:1L'EM a déclenché les réponses EAG les plus élevées et les deuxièmes les plus élevées à la fois en scotophase et en photophase chez les mâles parmi les acides gras testés et leurs esters méthyliques. En revanche, les réponses EAG causées par C14:0Les ME en scotophase et en photophase chez les femelles étaient similaires à celles provoquées par certains des acides gras et des esters méthyliques testés. Il semble qu'un type de sensilles spécifiques dans les antennes mâles soit responsable de la détection de C14:0Moi et C18:1ME, les esters à chaîne hydrophobe ou insaturée à 14 carbones. À cet égard, les sensilles des phéromones sexuelles dans les antennes mâles se sont révélées sensibles aux acétates (Z) et (E)-12-tétradécényle qui sont également des esters avec une chaîne hydrophobe insaturée à 14 carbones (Takanashi et al. 2006). D'autres investigations, en particulier des expériences en soufflerie et un enregistrement à un seul sensille, sont nécessaires pour le confirmer.

Ostrinie les espèces sont des papillons nocturnes et pondent leurs œufs la nuit. La ponte de O. nubilalis, par exemple, a montré un rythme de 24 heures avec une majorité de masses d'œufs déposées peu avant minuit (Schurr et Holdaway 1966). Nos résultats ont montré que la ponte par O. furnacalis les femelles présentaient également une périodicité très marquée. Toutes les masses d'œufs ont été pondues pendant la scotophase et la plupart des masses d'œufs ont été déposées avant minuit. Il est très intéressant de déterminer s'il existe des variations diurnes des sensibilités olfactives des papillons nocturnes aux acides gras dissuasifs de ponte et aux esters méthyliques correspondants entre le pic et le creux de la période de ponte. Notre résultat a révélé que C14:0ME présentait des variations évidentes dans les amplitudes EAG de O. furnacalis femelles. De même, les différences dans les réponses EAG par les mâles accouplés à C14:0, C18:0, C14:0Moi et C18:0ME entre les deux périodes d'essai ont été trouvés. L'importance biologique de la différence sexuelle dans la sensibilité antennaire à ces acides gras et aux esters méthyliques correspondants nécessite des recherches supplémentaires.


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