Écologie et génétique évolutive des populations

L’élaboration de stratégies de lutte et/ou de gestion des populations de bioagresseurs requiert une connaissance approfondie de leur histoire évolutive. Dans le contexte actuel de réduction progressive de l’utilisation de pesticides, il est primordial : (i) d’identifier l’origine géographique des populations de bioagresseurs, ce qui constitue par exemple un préalable à la caractérisation d’ennemis naturels que l’on pourra par la suite utiliser comme agents de lutte biologique ; (ii) de reconstruire les routes empruntées par les espèces exotiques de ravageurs pour identifier les facteurs historiques, démographiques et génétiques responsables du succès évolutif de ces populations ; (iii) de comprendre les mécanismes impliqués dans l’adaptation des phytophages à leurs plantes-hôtes (p. ex., chez la pyrale du maïs Ostrinia nubilalis), ou plus généralement dans l’expression de leurs traits d’histoire de vie (p. ex. : la phénologie chez la processionnaire du pin Thaumetopoea pityocampa ; le polyphénisme de phase chez le criquet pèlerin Schistocerca gregaria), pour anticiper les dynamiques évolutives possibles, notamment face aux changements de pratiques agricoles et aux changements globaux.

La génétique des populations fournit pour cela des outils puissants d’inférence de l’histoire évolutive à partir de l’analyse du polymorphisme génétique. Le CBGP a des compétences largement reconnues dans ce domaine. Nous mettons à profit notre maîtrise et notre expertise des technologies associées aux nouvelles générations de séquençage et de génotypage haut-débit (que ce soit du point de vue de leur mise en œuvre au laboratoire ou de leur analyse statistique) pour caractériser l’histoire évolutive des populations de bioagresseurs. Parallèlement, nous avons l’ambition de renforcer nos compétences en génétique quantitative et évolutive. L’objectif est de coupler l’analyse des génomes à la caractérisation fine des phénotypes, afin de déterminer les bases génétiques de l’adaptation d’insectes ravageurs à leur environnement biotique et abiotique.

Un autre pan des recherches de l’axe 2 vise à mieux comprendre les dynamiques contemporaines des populations de bioagresseurs. Cela implique, par exemple, des mesures de traits d’histoire de vie en milieu contrôlé, qui informent indirectement sur la démographie d’une espèce et le rôle de facteurs écologiques dans les changements démographiques (p. ex. : l’influence du couvert végétal sur le polyphénisme de phase chez les locustes). Parallèlement, le développement de méthodes innovantes en génétique spatiale, permettra de caractériser les capacités de dispersion des organismes et le rôle de l’hétérogénéité spatiale du paysage dans la structuration fine des populations (p. ex. : l’effet du paysage et des pratiques agricoles sur la dynamique des populations de la mouche orientale des fruits Bactrocera dorsalis). L’ensemble de ces inférences indirectes (reposant sur des approches aussi bien génétiques que non-génétiques) permettra de construire des modèles mécanistes spatialement explicites de dynamique des populations, intégrant les connaissances acquises sur les traits d’histoire de vie des espèces. Ces modèles mécanistes permettront notamment de tester in silico l’efficacité de techniques alternatives à l’utilisation de produits phytosanitaires pour la gestion des ravageurs. L’une de ces techniques, l’entomovectoring, consiste à utiliser des insectes pour diffuser des biopesticides dans les populations de bioagresseurs (p. ex., l’utilisation d’individus mâles stériles de la mouche orientale des fruits pour diffuser le champignon entomopathogène Metarhizium).

Au-delà de la reconstruction indirecte de l’histoire des populations ou de leur démographie, la poursuite des expériences d’évolution en conditions contrôlées au laboratoire, permettra de mieux comprendre la dynamique de l’adaptation et l’importance des contraintes et des compromis évolutifs auxquels les espèces font face, notamment au cours des invasions biologiques (p. ex., chez la coccinelle asiatique Harmonia axyridis et la drosophile à ailes tachetées Drosophila suzukii). Un autre contexte dans lequel l’étude de ces dynamiques d’évolution rapide prend tout son sens concerne l’évaluation des risques associés à la mise en œuvre des techniques de forçage génétique (gene drive) pour la gestion des ravageurs. Ces techniques consistent en des lâchers d’organismes génétiquement modifiés, conçus pour propager un variant d’intérêt (p. ex., une mutation diminuant la fertilité) dans les populations naturelles. Cette méthode émergente de contrôle des populations soulève de nombreuses questions scientifiques et sociétales. Nous proposons donc de développer de nouveaux programmes de recherche visant à étudier les dynamiques évolutives de ces constructions génétiques dans les populations naturelles, afin de mieux évaluer les risques environnementaux associés (apparition de résistances, diffusion par flux géniques dans des populations non-cibles, transferts entre espèces, etc.).

Caractériser les communautés microbiennes des insectes, et mieux comprendre l’écologie évolutive des interactions dans des systèmes multi-trophiques (microbes–insectes–plantes-hôtes), peut contribuer au développement de stratégies de gestion d’insectes bioagresseurs par l’exploitation ou la manipulation de ces interactions. Par exemple, une meilleure compréhension du rôle du microbiote intestinal d’insectes phytophages dans l’adaptation à la plante-hôte permettrait de proposer des stratégies de lutte par la manipulation des communautés microbiennes impliquées (p. ex. chez la drosophile à ailes tachetées D. suzukii, la pyrale du maïs O. nubilalis ou la processionnaire du pin T. pityocampa). Dans d’autres contextes, l’étude des interactions entre les microbes et leurs hôtes pourrait permettre la mise en œuvre de « répulsifs naturels » composés de cocktails microbiens, la lutte biologique par des agents viraux, et la lutte par manipulation de fonctions biologiques du ravageur lui-même (liées, par exemple, à l’immunité).