Les larves et les formes adultes du ver de la capsule du cotonnier (Helicoverpa armigera) adoptent différents systèmes de détection du sucre pour satisfaire leurs exigences en matière de sélection alimentaire, selon de nouvelles recherches.
Publié aujourd’hui sous forme de prépublication révisée dans eLifele étude est décrit comme important par les éditeurs, qui affirment qu’il offre des preuves convaincantes que deux récepteurs gustatifs différents pour la détection du sucre sont à l’origine du changement de préférence alimentaire entre les larves et les adultes du ver de la capsule du coton.
Les résultats, combinés à des recherches plus approfondies, pourraient suggérer une nouvelle approche de lutte antiparasitaire afin d’augmenter les rendements des cultures à travers le monde.
Le ver de la capsule du coton est un ravageur notoire des cultures mondiales qui contribue à environ 3 milliards de dollars de pertes économiques chaque année. Au stade larvaire juvénile, le ver de la capsule du cotonnier se nourrit principalement des feuilles, des boutons floraux et des fruits des plantes, qui ont une concentration en sucre relativement faible. À l’âge adulte, il se nourrit principalement du nectar riche en sucre des plantes.
Des études antérieures ont montré que le ver de la capsule du coton possède des neurones sensoriels gustatifs externes (GSN) – des cellules nerveuses spécialisées responsables de la détection et de la transmission des signaux gustatifs au cerveau – qui sont sensibles au saccharose et au fructose. Chez les larves, ces GSN sont situés dans des structures spécialisées autour de leur bouche, et chez les adultes, ils se trouvent dans leurs antennes, les tarses (les segments de la patte les plus éloignés du corps) et une structure alimentaire spécialisée appelée trompe, qui sert une fonction similaire à celle de la langue humaine.
« Le régime alimentaire des larves et des adultes du ver de la capsule du coton varie considérablement en termes de variété et de concentration de sucres. Le saccharose est le principal sucre présent dans les tissus végétaux, tandis que le nectar contient principalement du saccharose, du fructose et du glucose », explique l’auteur principal Shuai-Shuai Zhang, un chercheur. doctorat étudiant au Laboratoire clé d’État de gestion intégrée des insectes nuisibles et des rongeurs, Institut de zoologie, Académie chinoise des sciences, Pékin, Chine.
« Nous avions pour objectif de caractériser la base moléculaire du changement de régime alimentaire observé entre les deux phases de vie du ver de la capsule du coton. »
Zhang et ses collègues ont d’abord comparé les réponses électrophysiologiques et comportementales des larves et des adultes du ver de la capsule du coton à sept sucres présents dans les plantes, dont le saccharose, le fructose et le glucose. Ils ont confirmé que les larves et les adultes possèdent des GSN détectant le sucre, mais que leur profil de réponse, leur intensité et leur sensibilité diffèrent nettement.
Les GSN de sucre chez les larves ont fortement répondu au saccharose avec une sensibilité élevée, entre 100 et 1 000 fois plus sensibles au saccharose que les GSN adultes, qui ont répondu au saccharose, au fucose et au fructose avec une intensité et une sensibilité plus faibles. Cette sensibilité élevée des larves peut les aider à localiser le saccharose dans les tissus des plantes pauvres en sucre.
Ensuite, l’équipe a analysé l’expression et la fonction de neuf gènes candidats de récepteurs gustatifs du sucre (GR) dans les organes gustatifs des larves et des adultes ; Gr4–Gr12 inclusivement. Puisque la fonction de Gr9 est connue, ils ont testé la fonction de huit autres GR en utilisant des ovocytes de Xenopus, les œufs sous-utilisés de la grenouille africaine à griffes, largement utilisés dans la recherche scientifique car ils sont gros et relativement faciles à manipuler.
L’équipe a inséré des séquences d’ADN pour chaque gène GR dans un ovocyte individuel, puis a testé la réponse de chaque ovocyte à 11 composés sucrés différents. La plupart des ovocytes n’ont eu aucune réponse, mais les ovocytes exprimant Gr10 et Gr6 étaient sensibles à un ou plusieurs sucres, indiquant leur rôle dans la reconnaissance des aliments. Gr10 s’est avéré spécifiquement adapté au saccharose, tandis que Gr6 répondait au saccharose, au fucose et au fructose.
Enfin, Zhang et ses collègues ont utilisé les techniques de modification de l’ADN CRISPR/Cas9 pour créer deux mutants homozygotes de vers de la capsule du coton pour Gr6 et Gr10, respectivement, ce qui signifie qu’ils ne possèdent plus la fonction du gène Gr6 ou Gr10.
L’équipe a cherché à identifier tout changement dans les réponses électrophysiologiques et comportementales des larves mutantes et des adultes aux sucres par rapport aux vers de la capsule du coton typiques. À partir de leur analyse, l’équipe a déterminé que Gr10 joue un rôle clé dans la réception du saccharose par les GSN de sucre chez les larves et qu’il joue un rôle médiateur dans la préférence des larves pour le saccharose. D’autre part, Gr6 est responsable de la détection du saccharose, du fucose et du fructose dans les GSN du ver de la capsule du cotonnier adulte.
Pris ensemble, les résultats démontrent que les vers de la capsule du coton, larves et adultes, utilisent différents gènes de récepteurs gustatifs pour détecter le saccharose dans les aliments. Les larves utilisent principalement Gr10 pour détecter la faible quantité de saccharose présente dans les tissus végétaux, tandis que les adultes utilisent principalement Gr6 pour détecter une variété de sucres à haute teneur, notamment le saccharose présent dans le nectar.
Les auteurs et les éditeurs notent que, pour révéler en profondeur les mécanismes de détection du sucre afin de concevoir une nouvelle approche de lutte antiparasitaire, il est essentiel d’étudier d’abord de manière approfondie la fonction de tous les GR impliqués dans la sensation du saccharose.
« Nous avons rapporté les bases moléculaires de la réception du saccharose dans les neurones gustatifs éternels du ver de la capsule du coton, et avons découvert que différents récepteurs gustatifs sont à l’origine de la différence de sélection alimentaire entre les stades adulte et larvaire », conclut l’auteur principal Chen-Zhu Wang, chercheur. professeur au Laboratoire clé d’État de gestion intégrée des insectes nuisibles et des rongeurs, Institut de zoologie, Académie chinoise des sciences.
« Les GR étroitement associés à Gr10 et Gr6 se trouvent également chez d’autres espèces de papillons et de papillons. Nous pensons donc que des mécanismes similaires de détection du sucre pourraient également exister chez ces espèces, ce qui mérite d’être vérifié lors de recherches futures. »
Plus d’information:
Shuai-Shuai Zhang et al, Les récepteurs gustatifs du saccharose diffèrent selon les stades larvaire et adulte d’un papillon, eLife (2023). DOI : 10.7554/eLife.91711.1