Objectif de la mission :

Des études génétiques préliminaires ont démontré chez l'espèce Heliconius numata que le polymorphisme mimétique était contrôlé par un seul gène "super-gène".  Chez d'autres espèces d'Heliconius, ce polymorphisme est quand à lui déterminé par un ensemble de gènes répartis dans tout le génome.

Aussi, des espèces monomorphiques possèdent la même architecture génétique que des espèces polymorphes.

L'objectif est de déterminer l'histoire évolutive de ces deux architectures génétiques et de comprendre comment elles sont à l'origine des variations de phénotype (maturation et arrangement spatial des pigments dans l'aile) et de leur évolution par la sélection.

Pour cela, nous allons étudier l'architecture génétique d'une espèce très proche de H. numata, H. hecale qui est monomorphique (seulement 2 variations existent au Panama).

Position phylogénétique du clade des Silvaniformes ici en gris.

Déroulement de projet : 

La première étape :

- Constitution d'une population de départ pour débuter les élevages.

- Récolte de la population de départ directement dans le milieu. Deux variants de l'espèce H. hecale vont être récoltés : H. hecale zuleika et H. h. melicerta (voir figure 1).

Aire de répartition de H. h. zuleika : Colombie, récolté dans la région de "Bocas del Toro" (est du Panama).

Aire de répartition de  H. h. melicerta : centre et ouest du Panama, récolté directement sur le site de Gamboa.

A gauche, Heliconius hecale zuleika et à droite, Heliconius hecale melicerta

La seconde :

- hybrider entre eux les descendants des deux populations de départ.

- hybrider les descendants de deuxième génération entre eux. Croisement de type back-cross (voir figure 2), nommé mendélien.

Ces croisements ont été effectués dans les serres d'élevages sur le site de recherche du STRI à Gamboa.

L'étude des variations de couleurs sur les ailes des individus obtenus permettra de déterminer le nombre de gènes impliqués des les variations mimétiques chez H. hecale.

Principe du Back-Cross

Les principales couleurs présentent chez H. hecale sont le noir, le jaune et le orange. Par exemple, si les variations des patches de couleurs noires sur les ailes sont indépendantes de ceux des deux autres couleurs, alors il sera possible d'envisager que le contrôle des couleurs chez cette espèce est dû à la présence d'un ensemble de gènes indépendants. A contrario, le contrôle des couleurs sera dépendant d'un seul gène.

Ainsi, il pourra être démontrer que le contrôle des variations mimétiques par un seul gène a évolué uniquement chez l'espèce H. numata. A contrario, que l'évolution de ce gène unique a évolué au sein du groupe des Silvaniformes.

Les élevages d'Heliconius

Les serres : 


Trois fonctions :
- Elevage en continu des différentes espèces pour préserver des populations stocks.
- D'expérimentation (études du comportement, reproduction contrôlée...)
- Cultures des plantes hôtes des Heliconius (Passiflora, Psiguria, Gurania, etc.)

Panorama des serres

Les différents stades de développement :

Oeuf d'Heliconius hecale

Chenille après éclosion, premier stade larvaire (H. hecale

Chenille d'H. hecale au dernier stade larvaire

Chrysalide d'H. hecale

Chrysalide d'H. hecale

Imago d'H. hecale zuleika sur fleur de Gurania

Imago d'H. hecale melicerta sur fleur de Gurania

Le nourrissage : 

Récipients formés de pailles découpées, mimant les couleurs des fleurs nourricières*

Mélange d'eau et de sucre, à changer tous les matins pour éviter la fermentation

* Plantes des genres : Psychotria et Gurania

Fleurs de Gurania (Cucurbitacées)

Fleur de Psychotria (Rubiacées), aussi appelée : Hot Lips (lèvres chaudes)

Heliconius hecale melicerta se nourrissant de pollen sur une fleur de Psychotria

Heliconius sp. se nourrissant sur des fleurs de Gurania
N'ayant pas des plants de Gurania dans chaque serre, un transfert de fleurs
entre les serres doit être fait tous les matins

Moises, le technicien du centre, s'occupant de l'alimentation et récoltant des oeufs

Les comportements des Heliconius : 

L'accouplement :

Accouplement entre H. hecale melicerta et H. hecale zuleika

L'alimentation des imagos : 

H. hecale zuleika se nourrissant de pollen sur une fleur de Psychotria

H. hecale zuleika se nourrissant de pollen sur une fleur de Psychotria

Heliconius hecale melicerta se nourrissant de pollen récolté sur son proboscis (trompe)
Le comportement actif et spécialisé de recherche de pollen, chez les Heliconius,
est le seul cas démontré chez les insectes.

L'alimentation des chenilles :

Chenilles d'H. hecale se nourrissant de Passiflora vitifolia

La ponte :

La mue :

L'émergence :

Stages de fin d'études

Afin de valider mon diplôme de Master Recherche à l'Université François Rabelais de Tours, j'ai eu la chance de réaliser mon stage de fin d'études dans une antenne du CIRAD, celle de St Pierre de La Réunion, au Pôle Protection des Plantes.

Situation géographique de l'Ile de La Réunion

La réunion est une île volcanique de l'Océan Indien, appartenant à l'archipel des Mascaraignes qui comprend également l'île Maurice et l'île Rodriguez.

Elle est constituée de deux volcans, le Piton des neiges (3070m) agé de 3 millions d'années, et le Piton de la Fournaise qui lui est à peine âgé de 500 000 ans. Ce dernier est l'un des volcans les plus actifs de la planète. 

Position géographique des deux volcans sur l'Ile de La Réunion

Ma mission

Le contexte :

Avec le développement des activités humaines sur l'Ile de La Réunion, de nombreuses espèces d'insectes ont été introduites.

Sans la présence de leurs ennemis naturels, la multiplication de certaines populations ont entrainé d'importants dégâts en terme de production agricole et en perte de rentabilité économique.

Les nombreux traitements phytosanitaires, bien qu'intensifs, ne sont d'aucuns recours. Le maintien de ce secteur d'activité passe par un contrôle des populations de ravageurs.

L'utilisation élevée de produits phytosanitaires ont des conséquences au niveau de la santé et de l'environnement. Ces pratiques doivent donc être remplacées par des méthodes adaptées plus respectueuses et moins nocives.

Mes études ont été totalement innovantes car je me suis intéressé à une culture typique de la région, celle du Chouchou (Sechium edule) et sur 3 espèces de mouche de la Famille des Tephritidae, aussi nommées « mouche des fruits », considérées comme des ravageurs de cette culture. Aucun travaux n'avait été en effet réalisé sur cette thématique.

Mes études ont eu comme objectif principal d'acquérir les connaissances nécessaires sur les interactions mouches/Chouchou. J'ai mené des observations in situ sur différents sites de l'île ainsi que des expérimentations en laboratoire au centre de recherche du CIRAD au Pôle de Protection des Plantes à St Pierre de La Réunion.

Les connaissances apportées au cours de ce projet ont permis de mettre au jour des relations et des dynamiques spatio-temporelles entre les mouches et les zones de culture du Chouchou. Ces données ont été utilisées dans la conception de méthodologies nouvelles en terme de contrôle des populations de mouches et en terme phytosanitaire. Ces pratiques culturales sont ainsi devenues « agro-écologiques », en d'autres termes plus efficaces, plus respectueuses de l'environnement et plus durables à long terme.  

Le cas de la culture du Chouchou :

Le Chouchou (Sechium edule), aussi nommé "Christophine" ou "Chayote", est une espèce végétale de la famille des cucurbitacées (melon, courgette, etc.).

Sa culture est emblématique de La Réunion mais est depuis plusieurs années en forte régression car menacée par 3 espèces de ravageurs de la famille des Tephritides, aussi nommée mouches des fruits.

Depuis 2001, ce sont 5 hectares qui disparaissent chaque année pour ne représenter que 80 hectares en 2005. La principale zone de culture est actuellement le cirque de Salazie où 95% de la production est récoltée. Ensuite, le site de l'Entre-Deux était réputé pour ces plantations mais ne compte que désormais 2 hectares de culture.

La production totale annuelle sur l'île est elle aussi en nette réduction, de 4800 tonnes en 2001, elle n'est seulement que de 3000 tonnes en 2006 pour une valeur marchande de 2 millions d'euros.

Description rapide du Chouchou :

Herbacées émettant des lianes jusqu'à 20 m de longueur. Les tiges sont ramifiées, portant des vrilles de trois à cinq branches opposées à des feuilles simples de 20 cm de long et de large.

Le fruit est vert, charnu de forme piriforme ou ovoïde, d'une longueur entre 7 et 20 cm en moyenne. Les fruits sont intéressants d'un point du vue diététique car ils sont pauvres en calories et riches en sels minéraux et en eau (90%).

Fruits de Chouchou (Sechium edule)

Tout comme au Costa Rica et aux Antilles, la culture du Chouchou est réalisée à La Réunion sur des treilles de 2 mètres de hauteur, fabriquées à l'aide de bambous ou d'acier galvanisé. Au contraire, sur l'île Maurice, les plants de Chouchou se développent directement sur le sol.

Culture de Chouchou sur treille (Sechium edule)

Cycle de culture :

A La Réunion, les plantations sont situées à des altitudes comprises entre 500 et 2000 m car la plante apprécie une forte hygrométrie et des températures comprises entre 13 et 21°C.

Les plantations se font durant l'été austral (mois de février) et les récoltes ont lieu du mois de février au mois de novembre. La plante peut produire des fruits plusieurs années durant si les conditions de culture et climatiques soient respectées.

Les Tephritidae "Mouches des fruits"

Description et identification :

Les trois espèces de mouches étudiées lors de ma mission sont de la famille des Tephritidae.

Cette famille, comprenant environ 4000 espèces réparties en 500 genres, se rencontrent des régions tropicales aux régions tempérées. 

Beaucoup de ces espèces se développent au détriment des cultures fruitières et maraîchères. De plus, certaines comme Ceratitis capitata et Bactrocera cucurbitae sont très polyphages : 250 espèces de plantes hôtes répertoriées pour la première et 125 pour la seconde.

De part ces caractéristiques, elles sont la cause d'importantes pertes économiques et de productions agricoles. L'estimation des dégâts n'est pas précise, mais peu s'évaluer à plusieurs centaines de millions de dollars à travers le monde.

Parmi les régions touchées, les îles de l'archipel des Mascaraignes peuvent être citées. Malgré des traitements phytosanitaires, souvent intensifs, les dégâts restent très importants notamment durant l'été austral.

Position systématique des Tephritidae :

• Ordre : DIPTERA
• Sous-ordre : BRACHYCERA
• Division : CYCLORRAPHA
• Super-famille : TEPHRITOIDEA
• Famille : TEPHRITIDAE

Cette famille se caractérise chez les adultes par des ailes le plus souvent tâchetées, une arista bien développé, une nervure sous-costale coudée à son extrémité, l'absence de vibrisse ou encore par un abdomen formé de 5 à 6 segments, se terminant chez la femelle par un ovipositeur.

Les adultes des genres Dacus et Bactrocera se différencient par une fusion de tous les tergites en une seule plaque chez le premier tandis qu'ils sont libre chez le second.

Identification des trois espèces étudiées en culture de Chouchou :

• Bactrocera cucurbitae 

Aire de distribution de l'espèce B. cucurbitae

Traits distinctifs de l'espèce B. cucurbitae

Spécimen femelle de B. cucurbitae

• Dacus demmerezi 

Aire de distribution de l'espèce D. demmerezi

Traits distinctifs de l'espèce D. demmerezi

Spécimen femelle de D. demmerezi

• Dacus ciliatus 

Aire de distribution de l'espèce D. ciliatus

Traits distinctifs de l'espèce D. ciliatus

Spécimen femelle de D. ciliatus

Eléments de bio-écologie :


Comme tous les diptères, les Tephritidae sont des insectes dits holométaboles : passage par un stade pupal lors du développement et par une métamorphose complète.

- l'Oeuf : pondu sous l'épicarpe du fruit, quelques millimètres de profondeur. De couleur blanche et de forme allongée.

Oeufs de Tephritidae

- la Larve (ou asticot) : passage de 3 stades larvaires, de couleur ivoire. Temps de développement variable selon les conditions biotiques et abiotiques.

Larves de Tephritidae (B. cucurbitae)

- la Pupe : de couleur jaunâtre avec des stries transversales brunes, en forme de tonnelets. Se trouve dans le sol, parfois dans le fruit.

Pupes de Tephritidae (B. cucurbitae)

- l'Imago : n'est mature sexuellement après l'émergence, doit se nourrir de glucides, d'eau et de protéines pendant plusieurs jours. Période variable dans le temps en fonction de la disponibilité des ressources. La présence de mâles peut avoir une incidence sur la maturation sexuelle des femelles.

La ponte se fait à l'aide d'un ovipositeur et comporte 40 oeufs pour B. cucurbitae.

Tephritidae femelle en train de pondre

De nombreux prédateurs s'attaquent aux oeufs comme les fourmis, les dermaptères ("perce-oreille"), des staphylins ou encore des larves de carabiques. Les mouches adultes elles se font capturer par les toiles de certaines arachnides.

Les larves sont également parasitées, assez faiblement, par des hyménoptères de la famille des Braconides ou par des entomopathogènes (champignons, bactéries).

Les Tephritidae sont des insectes diurnes. Leurs activités principales peuvent se décomposer en 5 catégories : repos, vol, alimentation, accouplement et ponte. 

Certaines de ces activités sont dépendantes des rythemes circadiens internes des adultes ou/et des facteurs abiotiques tels que la température ou l'intensité lumineuse. Le comportement sexuel n'apparait que sous une intensité lumineuse inférieure à 1000 lux et uniquement sur des plantes non-hôtes.

Le durée de chacune des ces activités varie dans le temps en fonction de l'âge, du sexe, de la disponibilité en non plantes-hôtes, de la présence de partenaires et d'aliments.

Le repos nocturne se déroule sur des plantes support, hôte ou non.

La plupart du temps, il semble que les mouches sont posées sur des plantes non-hôtes en périphéries de parcelles cultivées et effectuent donc des déplacements réguliers entre les zones de pontes (plante cultivée) et les zones périphériques (plante non-hôte). Elles se déplacent sur les parcelles uniquement pour s'alimenter et pondre. 

Méthodes de lutte :

• Le piègeage : permet notamment de surveiller les populations de mouches mais n'en donne toutefois qu'une estimation relative de l'abondance. Les pièges fonctionnent en utilisant des paraphéromones qui sont des attractifs sexuels attirant spécifiquement les mâles de certaines espèces. Plusieurs systèmes existent :
• Le piège "Mc Phail" est un piège en plastique robuste composé de deux parties :
  • un couvercle transparent
  • un entonnoir inversé 
  Les insectes sont attirés par les phéromones et pénètrent dans le piège par l'ouverture de l'entonnoir renversé. Les insectes une fois épuisés tombent dans de l'insecticide dilué dans l'eau où ils trouvent la mort.
  
  
• Le piège "Steiner" permet de tuer une grande quantité de mâles par la présence d'une plaquette insecticide.

• Le piège à glu mélange un attractif et une surface de couleur jaune recouverte de glu. 

Piège "Mc Phail"

Piège "Steiner"

Piège à glu 

• La lutte chimique : utilise des insecticides (tel que le Malathion), donne de bon résultats mais avec des effets néfastes : destruction de l'entomofaune (même les espèces non nuisibles), coût important, résistance aux insecticides. Elle est donc inadaptée, coûteuse et inefficace aujourd'hui.

• La lutte biologique : 3 types de stratégies
• "de conservation" : consiste à valoriser les espèces auxiliaires indigènes en promouvant la conservation de leurs habitats naturels.
• "classique" : utilise la spécificité d'action d'espèces auxiliaires exotiques. Cette stratégie d'acclimatation doit répondre à des mesures de quarantaine et de risque de transfert de matériel vivant.
• "innondative" : nécessite la production en masse d'espèces auxiliaires ainsi qu'à leur dispersion de façon répétitive dans le milieu infesté.

Depuis le début du 20ème siècle, sur les 82 espèces de parasitoïdes des mouches des légumes étudiées, 44 espèces de diverses familles (Braconidae, Eulophidae, Cynipidae) ont été relachées, dont 22 se sont réellement acclimatées. 

A La Réunion, une espèce d'hyménoptère parasitoïde (Psyttalia fletcheri) est utilisée depuis maintenant plus de dix ans. Elle est le fruit d'une collaboration entre le CIRAD et la FDGDON (Fédération Départementale des Groupements de Défenses contre les Organismes Nuisibles de La Réunion).

• La lutte intégrée : technique consistant à lâcher des mâles stériles tout en intégrant des pièges attractifs (visuels et olfactifs).