2 ème partie : Biologie et contrôle des moustiques du genre Coquillettidia
B. Etude de la relation plante-insecte
B.3. Résultats
B.3.3. Identification des médiateurs chimiques impliqués dans cette relation plantes-larves
Acides aminés Acides
organiques Sucres Vitamines Purines /
Nucléosides Enzymes
Ions inorganiques et gaz α-Alanine Citrique Glucose Biotine Adénine Phosphatase HCO3 -
Asparagine Oxalique Fructose Thiamine Guanine Invertase OH-
Aspartate Malique Galactose Niacine Cytidine Amylase H
Cystine Fumarique Maltose Pantothénate Uridine CO2
Glutamate Acétique Xylose
Glycine Butyrique Rhamnose
Leucine Valérique Arabinose
Lysine Piscidique Déoxyribose
Méthionine Formique Oligosaccharides
Sérine Aconitique
Thréonine Lactique
Proline Pyruvique
Valine Glutarique
Tryptophane Malonique
Ornithine Aldonique
Histidine Erythronique
Arginine Tétronique
Homosérine Phénylalanine
Acide aminobutyrique Acide aminoadipique
B.3.3. Identification des médiateurs chimiques impliqués dans cette relation
38 Composés Détection dans les extraits (après silylation)
Eg Bg ExT ExM F1T F1M F2T F2M F3T F3M F4T F4M F5T F5M
Acides aminés
L-alanine X X X X X X X X
L-valine X X X X X X X X X
L-leucine X X X X X
L-isoleucine X X X X X X X
L-proline X X X X X
Glycine X X X X X X X X X
L-serine X X X X X X X X X X X
L-threonine X X X X X X X X
β-alanine X X X X
L-aspartate X X
L-proline-5-oxo X X X X X X X
Phenyl-alanine X X X X X
L-asparagine X X
Acides gras
Lactique X X X X X X X X X X X X X
Heptenoïque X X X X
Butanoïque X X X X
4-pentenoïque X
Butanedioïque X X X X X X X X X
Laurique X X X X X X X X
Myristique X X X X X X X X X
Palmitique X X X X X X X X X X X X X X
Linoléique X X X X X X X X X X X
Stéarique X X X X X X X X X X X X X
1-myristine X X X X X X X X X X X X X
Arachidique X X
2-monopalmitine X X X X X X X X X X X X X X
1-monopalmitine X X X X X X X X X X X X X X
2-monostearine X X X X X X X X X X X X X
2,3-Bis
monostearine X X X X X X X X X X X X X X
Acides organiques
Cinnamique X X X X X X X X X X X
Férulique X X X X X X X X X X X
Sucres
Lyxose X X X X X X X X X X X X
Xylose X X X X X X X X X X
Arabinose X X X X X X X X X X X X
Ribose X X X X X X X X X X
Fructose X X X X X X X X X X X
Galactose X X X X X X X X X X X X
Glucose X X X X X X X X X X X
Saccharose X X X X X X X X X
Turanose X X X X X X X X X
Alcools Glycérol X X X X X X X X X X X X X
Myo-inositol X X X X X X X X
Purines / nucléosides
Uracile X X X X X X X X X X X X X
Thymine X X X X X X
Uridine X X X X X X X X X X X
Thymidine X X X X X X X
Tableau 11 : Composition chimique de 14 extraits naturels attractifs X : Composé détecté grâce au dosage SIM.
Dans les exsudats de massette et de maïs ainsi que dans les eaux collectées in natura, les composés retrouvés correspondent à des acides aminés (7), des acides gras (11), des acides organiques (2), des sucres (6), des alcools (1) et des purines/nucléosides (4) dont certains sont déjà décrits dans le tableau 10. Les vitamines, qui sont thermolabiles, ne sont pas détectées car notre méthode d’analyse n’est pas appropriée (températures : 70-240°C). Une analyse par HPLC-MS devra être envisagée pour la détection des composés thermolabiles.
Les exsudats de maïs et de massette montrent des profils chimiques similaires, seuls quelques produits diffèrent : la proline présente uniquement dans ExT ; les acides organiques (cinnamique et férulique) et les sucres (fructose/glucose) présents uniquement dans ExM.
Cependant, ces différences sont certainement liées à une plus faible quantité de produits qui ne serait pas détectée en mode ‘SCAN’, d’autant plus que ces produits très communs sont détectés dans les fractions de racines des deux plantes.
Dans les fractions issues de l’extraction des racines de massette et de maïs, de nombreux autres produits ont été détectés, comme par exemple : des acides aminés (L- isoleucine, β-alanine, phényl-alanine, L-asparagine), des acides gras (hepténoïque, butanoïque, pentenoïque, butanedoïque, arachidique), des sucres (saccharose, turanose), des alcools (myo-inositol).
Suite à cette analyse chimique des exsudats et des fractions, aucun composé particulier permettant d’expliquer l’attraction mesurée sur les larves n’émerge de l’étude. D’autre part, l’ensemble des produits détectés correspond à des molécules communes appartenant aux métabolites primaires.
B.3.3.2. Réponses des larves à un screening de molécules de synthèse
En nous basant sur notre analyse chimique et sur les données de la littérature (tableaux 10-11), nous avons choisi de tester l’attractivité de composés détectés dans les extraits attractifs, en sélectionnant un ou plusieurs représentants de chaque famille chimique. Nous avons également testé d’autres molécules, décrites dans les exsudats de plantes, comme les flavonoïdes, les acides organiques (Kumar et al., 2006), et la DIMBOA (Raveton et al., 1997). Le tableau 12 présente les résultats des tests de choix réalisés pour 25 composés avec des lots de 20 larves de Coquillettidia, dans le dispositif décrit au B.2.9.1. (figure 32).
40 Les larves de Coquillettidia ne sont pas attirées par les acides organiques et aminés testés aux concentrations de 100 µM et 1000 µM, la sérine est même significativement répulsive à 1000 µM. La monopalmitine, la DIMBOA, la quercétine et la rutine ne sont pas attractives à une concentration de 10 µM. Les acides gras et métabolites secondaires testés (flavonoïdes, DIMBOA) ne semblent pas impliqués dans l’attraction des larves.
Composés Attraction
10 µM 100 µM 1000 µM
Acides aminés
Thréonine Non Non
Proline Non Non
Sérine Non Non **
Glycine Non
Acides gras 1-Monopalmitine Non Non a Non a
Acides organiques
Acide férulique Non Non
Acide coumarique Non Non
Acide cinnamique [1]
[[]
Non
Acide citrique [2,3] Non Non
Acide malique [2,3] Non Non
Acide succinique [2,3] Non
Flavonoïdes Quercétine [4] Non
Rutine [5] Non Non
Acide hydroxamique DIMBOA [6]b Non Sucres
Ribose [3,7] Non Non
Déoxyribose Non Non
Glucose [3,7] Non Non
Alcools Glycérol Oui Oui ***
Purines
Uracile Oui *** Oui ***
Thymine Oui *** Oui ***
Cytosine Non Non
Nucléosides Uridine Oui *** Oui **
Thymidine Non Oui **
Tableau 12 : Réponse des larves à des composés présents dans des extraits naturels attractifs.
* : p < 0,05 ; ** : p < 0,01 ; *** : p < 0,001
a: Limite de solubilité dans l’eau dépassée (10 µM)
b : 2,4-dihydroxy-7-méthoxy-1,4-benzoxazin-3-one
Références : [1] : Walker et al., 2003 ; [2] : Chen et al., 2007 ; [3] : Kamilova et al., 2006 ; [4] : Kidd et al., 2001 ; [5] : Kalinova et al., 2007 ; [6] : Wenger et al., 2005 ; [7] : Fischer et al., 2003.
Cinq composés détectés dans les exsudats de plantes et dans les échantillons d’eau du gîte sont attractifs pour les larves. Il s’agit du glycérol, de l’uracile, de la thymine, de l’uridine et de la thymidine.
Le glycérol est attractif aux concentrations de 100 µM et 1000 µM. L’uracile et la thymine sont aussi significativement attractifs à 100 et 1000 µM. Par contre, les larves ne sont pas attirées par la cytosine, une autre purine dont la structure chimique est très proche.
L’uridine et la thymidine, les nucléosides correspondant à l’attachement d’un pentose à l’uracile et la thymine, sont attractifs à l’une des concentrations au moins. L’attractivité d’une purine n’est donc pas altérée par l’ajout d’un pentose (ribose pour l’uridine et déoxyribose pour la thymidine). Le ribose et le déoxyribose ne sont pas attractifs aux concentrations testées, tout comme le glucose.
B.3.3.3. Discussion
Les racines de massette et de maïs ont une composition qualitative très similaire en acides aminés, acides gras, acides organiques, sucres, alcools et bases azotées / nucléosides.
Des différences de composition apparaissent entre les exsudats de maïs et de typha puisque des sucres et acides aminés sont détectés uniquement dans les solutions extraites du maïs. Il est probable que les quantités de ces composés libérées par les racines de massettes soient trop faibles pour être détectées lors de l’analyse chromatographique. En effet, les plantules de maïs utilisées pour la récolte d’exsudats étaient en pleine phase de croissance racinaire et en plus grand nombre que les plantules de massette, dont les racines étaient déjà développées à la récolte des exsudats.
Parmi les composés végétaux utilisés pour les tests de choix, les larves de Coquillettidia sont attirées par un alcool de petite taille (chaîne à 3 carbones) : le glycérol, par 2 bases azotées puriques et 2 nucléosides. Ces molécules ont un faible poids moléculaire (maximum pour l’uridine : 244 g.mol-1) et sont solubles dans l’eau, deux propriétés facilitant leur exsudation par diffusion ou par lyses cellulaires dans le milieu aquatique. Ce sont des molécules très courantes, puisque le glycérol rentre dans la constitution des triglycérides, éléments essentiels des membranes biologiques (Gerber et al., 1988) ; les purines et nucléosides sont des constituants des acides nucléiques, également présents dans tout élément
42 vivant. Cette observation confirme l’hypothèse émise précédemment de composés très généralistes impliqués dans la relation entre les plantes et les larves de Coquillettidia.
Dans les relations plantes-insectes en milieu aérien, les médiateurs chimiques sont en général des molécules volatiles, émises par les parties aériennes des plantes (feuilles, fleurs).
Ils peuvent être ubiquistes (les alcools à faible nombre de carbones par exemple) ou spécifiques (des polyphénols par exemple) (Metcalf & Metcalf, 1992 ; Bruce et al., 2005). En milieu aquatique, les composés sémiochimiques sont véhiculés par l’eau, et sont par conséquent hydrosolubles et non volatiles. Des molécules communes, de faible poids moléculaire comme des sucres ou des acides aminés par exemple, sont attractifs pour certaines espèces de poissons et de crustacés (Saglio et al., 1990 ; Decho et al., 1998). Marko et al. (2005) ont montré que le glycérol et l’uracile étaient deux médiateurs chimiques de l’interaction entre le coléoptère aquatique Euhrychiopsis lecontei (Dietz, 1896 ; Coleoptera : Curculionidae) et une plante immergée du groupe des dicotylédones : Myriophyllum spicatum (Linnaeus, 1753 ; Haloragaceae).
Nous montrons pour la première fois l’attraction de larves de moustiques pour le glycérol, l’uracile, la thymine, la thymidine et l’uridine. La thymine a une structure très proche de l’uracile, puisqu’un seul groupement méthyle les différencie (figure 27). Cette différence structurale ne semble pas avoir de rôle fonctionnel perturbant l’attraction des larves. Par contre, la cytosine, qui est également une purine, n’est pas attractive. La différence structurale entre la cytosine et l’uracile, qui consiste en la substitution d’une fonction cétone par un groupement amine, pourrait être responsable de la perte d’attraction (figure 27).
L’ajout d’un pentose à une purine attractive pour les larves de Coquillettidia ne semble pas perturber cette attractivité. En effet, l’uridine et la thymidine, qui sont respectivement formés par l’attachement d’un ribose à l’uracile et d’un déoxyribose à la thymine (figure 28), sont significativement attractives. Cette attraction des deux nucléosides semble liée à la structure purique et non au pentose, puisque le ribose et le déoxyribose ne se sont pas révélés attractifs.
Cinq composés attractifs pour les larves ont été détectés dans des extraits de plantes et dans des échantillons d’eau provenant de gîtes larvaires. La prochaine étape de notre démarche consiste à préciser les concentrations de ces composés dans les exsudats de plantes, et à connaître les doses auxquelles les larves sont sensibles, afin de recréer le signal chimique responsable de l’attraction in natura.