Stage Effet de la domestication des plantes et herbivores H/F

Offre de stage H/F Effet de la domestication des plantes sur les réponses des herbivores

Stage proposé par Montpellier SupAgro et l’UMR CBGP • Date limite de candidature : 31/01/2018

Contexte du stage plantes cultivées et herbivores

La domestication des plantes cultivées a sélectionné de nombreux traits chez les plantes cultivées qui les distinguent souvent de leurs ancêtres sauvages. Plus précisément, la domestication a modifié le taux de croissance et les teneurs en éléments nutritifs des plantes cultivées afin de répondre aux besoins humains. Le syndrome de domestication du blé dur implique de forts changements dans une série de caractères qui distinguent les variétés modernes de leurs ancêtres. Dans les cultivars modernes, la longévité des feuilles est plus courte et le taux de photosynthèse, le taux de production de feuilles et les teneurs en azote et en fibres sont plus élevés que chez les cultivars ancestraux. Il y a des preuves que la domestication des cultures peut profondément modifier les interactions entre les plantes et les herbivores.
Le criquet migrateur, Locusta migratoria, est un insecte herbivore très nuisible depuis les premières civilisations, avec des fléaux documentés dans les textes anciens et de nombreuses plantes cultivées à risque (maïs, blé, riz, millet, canne à sucre, sorgho). La connaissance de la quantité d’azote des cultivars de blé ne suffit pas pour prédire si les insectes auront une meilleure performance sur ces cultivars relativement aux cultivars ancestraux pour plusieurs raisons.

Premièrement, les plantes peuvent être qualitativement déficientes pour un nutriment par rapport aux besoins nutritionnels spécifiques d’un insecte, et lorsqu’un insecte se nourrit d’aliments pauvres en un nutriment relativement à ses besoins, il ingère en excès les autres nutriments. La teneur en nutriments est donc un facteur sélectif clé qui peut avoir des bénéfices ou des coûts élevés sur la performance.
Deuxièmement, la théorie de la défense des plantes prédit que l’augmentation du rendement se fera au détriment de la résistance aux herbivores. Par exemple, L. migratoria rejette toutes les plantes autres que les graminées et même certaines espèces de Poaceae sont rejetées. La réduction de la palatabilité est produite par des composés secondaires végétaux qui agissent comme agents dissuasifs et ont des effets délétères sur le développement des herbivores.
Troisièmement, les interactions entre les plantes et les herbivores dépendent également des interactions avec les populations endo-microbiennes, en particulier des racines, qui aident à l’absorption des nutriments, sont une source d’enzymes et d’hormones, synthétisent des vitamines ou d’autres nutriments essentiels qui font défaut dans une plante ou se présentent sous une forme non-utilisable.

Au-delà des effets sur les traits d’histoire de vie, nous nous attendons à ce que les cultivars de blé modernes modifient le comportement grégaire caractéristique des criquets migrateurs à forte densité de populations, à l’origine des migrations de masse. En effet, les niveaux de glucides et de lipides disponibles sont susceptibles d’affecter les besoins en énergie pour la motilité. De plus, les cultivars modernes à haute valeur azotée peuvent diminuer le niveau de cannibalisme, un des facteurs des mouvements orientés des bandes larvaires de criquets. Enfin, la composition du microbiote intestinal peut également modifier le comportement de l’hôte. Les criquets grégaires libèrent des phéromones fécales produites par les bactéries de leur intestin postérieur, qui déclenchent le changement vers l’agrégation.

Objectifs du stage

Dans ce projet, nous analyserons la performance et la préférence des criquets herbivores sur les cultivars ancestraux et modernes. Nous quantifierons également les comportements individuels et collectifs des larves de criquets élevées sur ces différents cultivars. Enfin, si le temps le permet, et selon l’intérêt de l’étudiant, nous procéderons à des tests de perturbation du microbiote des herbivores (à partir d’antibiotiques) pour comprendre si (et comment) les communautés bactériennes influencent la performance, le choix et/ou les comportements mesurés.
Ces données sur des traits des herbivores seront analysées conjointement à des données sur des traits des plantes déjà connus ou acquis au cours d’un projet parallèle conduit au CEFE Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive. Ce projet parallèle analysera un nombre sans précédent de génotypes végétaux ancestraux et modernes et de traits liés aux valeurs nutritionnelles (les teneurs en protéines, en glucides et en lipides des feuilles), aux stratégies de résistance et aux stratégies de tolérance structurelle et chimique.

Méthodes-configuration de l’expérimentation
L’expérience sera mise en place sur le campus du CBGP (plateau Serre, Elevage et Phénotypage d’Arthropodes (SEPA). Nous élèverons en condition de groupement un grand nombre de larves issues d’une population de la sous-espèce Eurasienne Locusta migratoria migratoria, qui a évolué au contact des cultures de blé dur, dans les conditions chaudes et sèches qui entourent la mer Méditerranée. Les larves seront nourries selon deux traitements « Cultivars ancestraux » et « Cultivars modernes », qui chacun sera composé d’une dizaine de génotypes de blé. Les individus seront analysés pour le comportement au 3ème stade larvaire (~ 10 jours après l’éclosion).

Mesures des traits des herbivores
– Traits liés à la performance des criquets: nous surveillerons la survie et mesurerons le temps de développement. Nous mesurerons également la taille corporelle (longueur du fémur postérieur) et le poids corporel des larves au 3ème stade.
– Traits liés au comportement individuel: la motilité individuelle et l’activité (vitesse de marche, angle de virage, temps de repos) seront mesurés individuellement par vidéo, dans une arène circulaire de 20 cm de diamètre.
– Traits liés au comportement collectif migratoire: le comportement du groupe sera analysé par vidéo de 40 larves suivant le protocole de Bazazi et al. (2011).

Mots clés : domestication, blé, criquet migrateur, bactéries, comportement, préférence alimentaire, traits d’histoire de vie

Techniques mises en œuvre : élevage de criquets, mesures de traits d’histoire de vie, phénotypage automatisé de comportements à partir de vidéos numériques, analyses des vidéos comportementales avec le logiciel CTRAX décrit par Branson et al. (2009), analyses statistiques avec un suivi des statisticiens de notre laboratoire. Les techniques d’élevage, phénotypage et analyses vidéos seront transmises et suivies par un collectif de techniciens et chercheurs de 5 personnes au CBGP.
Compétences particulières exigées : rigueur, curiosité, autonomie, pratique de base du logiciel R.

Informations pratiques

Localisation: CBGP, 755 avenue du campus Agropolis, CS30016, 34988 Montferrier sur lez cedex
Contact : +33 (0)4 99 62 33 22, marie-pierre.chapuis@cirad.fr
Encadrants : Cyril Piou (UMR CBGP), Marie-Pierre Chapuis (UMR CBGP), Elena Kazakou (EC Supagro, UMR CEFE)
Durée du stage : l’idéal est un stage de 6 mois, environ de mars à septembre 2018. Un stage d’une durée plus courte sera considéré (et le contenu ajusté), tant que la période couvre au minimum mi-avril à mi-juin.