Faculté des sciences

Belowground tritrophic interactions

Rasmann, Sergio ; Turlings, T. (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2006 ; 1849.

En réponse à des dommages causés par les insectes phytophages, les plantes produisent des composés volatiles signalant aux ennemis naturels de l’herbivore la présence d’hôtes ou de proies. D’importants progrès ont été réalisés dans la compréhension de telles interactions trophiques se déroulant aux alentours de la partie aérienne de la plante. De nos jours, l’influence des... Plus

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    Résumé
    En réponse à des dommages causés par les insectes phytophages, les plantes produisent des composés volatiles signalant aux ennemis naturels de l’herbivore la présence d’hôtes ou de proies. D’importants progrès ont été réalisés dans la compréhension de telles interactions trophiques se déroulant aux alentours de la partie aérienne de la plante. De nos jours, l’influence des communautés souterraines, par l’intermédiaire de changements physiologiques et biochimiques de la plante, sur les communautés aériennes est de plus en plus reconnue. Le contenu de cette thèse vise à apporter de nouveaux points de vue sur ces interactions. Le modèle étudié était composé de plantes de maïs (Zea mais L.) dont les feuilles étaient soumises aux attaques du ver du cotonnier (Spodoptera littoralis Boisduval) et les racines aux attaques de la chrysomèle du maïs (Diabrotica virgifera virgifera LeConte). Le développement d’un olfactomètre souterrain à 6 bras nous a permis de mener une étude sur les interactions tritrophiques se déroulant dans le sol. Grâce à l’utilisation de ce dispositif, nous avons découvert que les racines d’une plante attaquée par Diabrotica émettent une substance attirant les nématodes entomopathogènes Heterorhabditis megidis Poinar, Jakson & Klein. Cette attirance est principalement le résultat de l’émission dans le sol, par les racines dévorées, d’un sesquiterpène, le (E)--caryophyllene. L’importance de ce dernier lors du phénomène d’attirance des nématodes fût également confirmée au travers d’expériences en champ lors desquelles nous avons comparé des variétés de maïs productrices de (E)--caryophyllene avec des variétés ayant perdu cette faculté (Chapitre I). Afin d’analyser l’effet croisé entre les interactions aériennes et souterraines et le rôle de la plante en tant que vecteur dudit effet, nous avons connectés l’olfactomètre souterrain à un olfactomètre aérien. Grâce ce nouvel assemblage, nous avons étudié simultanément l’attirance de guêpes parasites et de nématodes en fonction des odeurs émises par les plantes de maïs attaquées par des herbivores soit dans leur partie aérienne, soit souterraine ou encore lors d’une attaque simultanée des deux parties. Il a été démontré que les ravages du système racinaire influencent les interactions tritrophiques aériennes de même que les ravages du système foliaire ont pour résultat la modification des interactions tritrophiques souterraines (Chapitre II). La spécificité de cette nouvelle interaction trophique souterraine fût testée en utilisant différentes espèces de plantes, d’insectes herbivores et de nématodes (Chapitre III). En parallèle à l’intérêt fondamental concernant l’écologie et les mécanismes régulant ces interactions multitrophiques, cette recherche fût également conduite dans l’optique d’améliorer les possibilités de lutte biologique contre les deux importants ravageurs étudiés. D’un point de vue plus général, cette thèse contribue à la compréhension du rôle joué par l’émission de volatiles induits lors d’interactions tritrophiques, qu’elle soit souterraine ou aérienne. Elle met également en lumière l’influence réciproque des interactions se déroulant dans ces deux milieux. De plus, cette thèse démontre pour la première fois, à notre connaissance, que les stratégies de défense indirecte des plantes peuvent améliorer, dans des conditions réelles, l’efficacité d’agents utilisés pour la lutte biologique
    Summary
    In response to phytophagous insects attack, plants produce volatile compounds that can serve as cues for natural enemies of the herbivore to locate their host or prey. Very substantial progress has been made in understanding such tritrophic interactions aboveground. Recently, however, it is more and more recognized that aboveground communities are influenced through physiological and biochemical changes in plants driven by belowground communities and the current thesis aimed to provide new insight in these interactions. Corn (Zea mais L.) plants attacked by the leaf feeder noctuid butterfly (Spodoptera littoralis Boisduval) and the root feeder larvae of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) were used as a model system. We investigated belowground tritrophic interactions by developing a belowground six arm olfactometer. With the use of this device we discovered that Diabrotica-attacked plants emit an attractant for the entomopathogenic nematode Heterorhabditis megidis Poinar, Jackson & Klein. The attraction was mainly caused by the release of the sesquiterpene (E)--caryophyllene in the soil after root feeding. The importance of the compound in the attraction for the nematodes was further confirmed in field experiments using (E)--caryophyllene producing and non-producing corn varieties (Chapter I). To investigate cross effects between plant-mediated below- and aboveground interactions we connected an above- and a belowground olfactometer, and used this assembly to simultaneously study attraction of parasitic wasps and nematode to the odour emissions of maize after herbivory by either the above or the below ground herbivore, or by both. It was found that indeed root feeding influences aboveground tritrophic interactions, and vice-versa leaf feeding influences belowground tritrophic interactions (Chapter II). The specificity of the newly discovered belowground interaction was tested by using different plant, herbivore and nematode species (Chapter III). Besides a fundamental interest in the ecology and mechanisms involved multitrophic interactions, the work was also driven by an interest to find ways of enhancing a possible biological control of the two major maize pests that were under study. Overall the thesis contributed to our understanding of the role of induced plant volatiles in above- and belowground tritrophic interactions and of how these two interactions may influence one another. Moreover, the thesis is, to our knowledge, the first to demonstrate in the field that indirect plant defences can indeed be used to enhance the efficacy of a biological control agent