Les changements globaux en cours comprennent les dérèglements climatiques, les changements d’usage des terres, ainsi que les changements de pratiques agricoles (diminution des intrants notamment) et les invasions biologiques. Ils imposent sur les populations d’insectes des contraintes nouvelles, auxquelles les espèces répondent parfois de manière rapide. Les travaux de recherche menés au sein de l’axe 2 ont pour ambition d’analyser et de comprendre les trajectoires évolutives des espèces étudiées (démographie, adaptations, histoire des invasions), le rôle des microbiotes associés dans ces trajectoires, et de tester la durabilité de plusieurs méthodes de gestion innovantes, comme la technique de l’insecte stérile, les solutions agroécologiques (p. ex. : les stratégies de répulsion-attraction push-pull) et les outils de lutte préventive contre les acridiens. Des approches théoriques ou basées sur la simulation sont également développées pour fournir de nouveaux outils d’analyse de la diversité génomique ou d’anticipation des crises.
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Un des défis de nos recherches est d’aller de l’analyse du passé à la prédiction des trajectoires futures |
Les recherches concernent des insectes d’intérêt agronomique et forestier, natifs (pyrales, processionnaires, criquets) comme invasifs (mouches des fruits, scolytes, coccinelle asiatique). Elles incluent des approches fondamentales comme très finalisées. Elles mobilisent des disciplines et approches complémentaires, comme les développement théoriques ou statistiques, la génomique des populations, le phénotypage, l’évolution expérimentale. Elles concernent aussi bien des populations naturelles prélevées ou suivies sur le terrain que des populations expérimentales élevées en conditions contrôlées.
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).
Porteur du projet (coordination WP) : Charles Perrier
Bailleur : Fondation Agropolis
This interdisciplinary project combines genetics, ecology and ethnology to better understand the intrinsic, environmental and human factors that have facilitated Carmenta foraseminis recent emergence as a pest insect foraging on cocoa in South America.
Porteur du projet : Cyril Piou
Bailleur : Agence Française pour le Développement (AFD) à travers l’Agence des nations unies pour l’agriculture et l’alimentation (FAO)
Les objectifs de ce projet sont de :
Porteurs du projet : Simon Boitard & Raphaël Leblois
Bailleur : Région Occitanie, Défi Clé Biodivoc
Le projet DevOCGen vise à développer une nouvelle technologie de séquençage et de nouvelles méthodes statistiques pour estimer l’histoire récente et locale des populations à partir de données génomiques.
https://biodivoc.edu.umontpellier.fr/recherche/projets-consortium/projet-de-consortium-devocgen/
Porteur du projet (coordination WP) : Charles Perrier
Bailleur : Région Occitanie
Ce projet interdisciplinaire vise à étudier les déterminants de l’adaptation locale d’une espèce de poisson envahissante à des cocktails de stress environnementaux, incluant des pollutions aquatiques. Un groupe de travail coordonné au CBGP utilise la génomique des populations pour étudier les bases génomiques de l’adaptation locale et l’histoire démographique de l’expansion et ses effets sur l’adaptation et le fardeau génétique.
https://biodivoc.edu.umontpellier.fr/recherche/projets-consortium/projet-de-consortium-gamboc/
Porteurs du projet : Isabelle Masneuf Pomarede (UMR Oenologie) & Simon Fellous (co-encadrement de la thèse de Paul Hubner)
Bailleurs : Meta-programme Holoflux et Région Occitanie
Avec l’essor des vins dits “naturels”, l’identification des processus gouvernant la fermentation spontanée devient essentiel. Cette fermentation dépend des microorganismes présents sur et dans les fruits. Il est donc essentiel de mettre à jour l’origine du microbiote de la vigne, les flux entre chai et vignoble, et le rôle des insectes dans ces processus, rôle souvent avancé mais toujours méconnu.
Nous quantifierons, sur le terrain, les processus de colonisation de la baie de raisin. Les hypothèses dégagées seront testées expérimentalement, en mésocosme et au vignoble, au moyen d’expériences de vection des microorganismes cibles par les mouches Drosophiles. Ces travaux s’appuieront sur l’analyse des effets de la composition du microbiote sur la qualité du vin afin de focaliser les investigations sur les espèces qui la déterminent.
Cette double approche d’écologie et d’œnologie fournira des connaissances uniques, nécessaires au pilotage agroécologique et à la production maitrisée de vins naturels.
Porteurs du projet : Carole Kerdelhué et Jean-Pierre Rossi
Bailleur : DGAL
Xylotrechus chinensis est un capricorne envahissant en Europe, et détecté en France depuis 2018. Il s’attaque aux différentes espèces de mûriers (Morus sp.) largement plantés dans les villes et villages. Ce projet a pour objectifs d’identifier les sources des populations européennes, d’estimer son aire de distribution potentielle à court et moyen terme, et de tester sa capacité à se développer sur vigne, pommier et poirier, cités comme hôtes potentiels dans la littérature.
Porteuse du projet : Marie-Pierre Chapuis
Bailleur : ANSES
Nous développons des outils moléculaires innovants, et si possible simples, rapides et économiques, afin d’offrir, aux acteurs de la surveillance des mouches des fruits en Europe, un cadre opérationnel leur permettant de s’assurer de la bonne identification de l’espèce et de renseigner sur l’origine géographique des individus envahissants, dont la connaissance est nécessaire pour orienter l’effort de contrôle sur les filières et points d’entrée.
Porteur du projet : Charles Perrier
Bailleur : ANR
Le projet LOADEXP mesure, à l’aide d’analyses de génomiques des populations et d’analyses phénotypiques, l’accumulation et la purge du fardeau de mutations délétères durant l’expansion spatiale d’une espèce envahissante. Le modèle biologique utilisé est un insecte ravageur forestier en expansion, la processionnaire du pin. Ce projet est financé principalement par l’ANR et l’INRAE.
Porteur du projet : Cyril Piou
Bailleur : ANR-JCJC
The objective of PEPPER is to explore the trade-offs and environmental conditions leading to phase polyphenism emergence. We developed forecasting model of locust population dynamics and theoretical studies on the regimes of environmental variation of resources favorable to phase polyphenism evolution.
Porteurs du projet : Carole Kerdelhué et C. Robinet (URZF, INRAE Orléans-Val de Loire)
Bailleur : ANR
L’objectif principal du projet est de déterminer comment la phénologie affecte la distribution spatiale des espèces et la modification de cette distribution en climat changeant. Ce projet cible la chenille processionnaire du pin comme modèle biologique, et intègre des approches de suivis sur le terrain, d’écologie expérimentale, de modélisation, de génétique des populations et de transcriptomique.
Porteur du projet : CTIFL & Simon Fellous
Bailleur : ECOPHYTO
Le plan cerise ambitionne de renouveler les approches de gestion d’un bioagresseur, Drosophila suzukii, dans un contexte évolutif et contraint, pour aboutir à terme à une gestion intégrée pour la filière cerise.
Celle-ci reposera prioritairement sur une régulation des populations du ravageurs en amont de mesures de lutte et au recours à des solutions alternatives aux produits phytosanitaires de synthèse. Un accent est mis sur les combinaisons de méthodes (barrières physiques, stratégies de lutte, biocontrôle, piégeage massif …) et la mise en œuvre de mesures de prophylaxie et de gestion des populations, comme l’acclimatation de parasitoïdes ou le recours à la technique de l’insecte stérile, explorant ainsi l’ensemble des leviers d’actions mobilisables pour limiter l’impact de Drosophila suzukii.
Porteur du projet (coordination WP) : Charles Perrier
Bailleur : ANR
This interdisciplinary project aims at studying the determinants of local adaptation of an invasive fish species to cocktails of environmental stress, including aquatic pollutions. A work package coordinated at CBGP uses population genomics to study the genomic bases of local adaptation and the demographic history of expansion and its effects on adaptation and genetic load.
Porteur du projet : Simon Fellous (co-encadrement de la thèse de Tasnime Adamjy)
Bailleurs : Meta-programme SumCrop et Région Occitanie
Cette thèse en sciences sociales analyse les modalités d’émergence et de développement d’une alternative à l’usage des insecticides : La Technique de l’Insecte Stérile (TIS). Bien que la TIS soit répandue dans diverses régions du monde, elle émerge aujourd’hui en France comme une innovation technique et organisationnelle.
La thèse s’inscrit dans le champ des approches sociotechniques de l’innovation et des transitions. Elle analysera les alliances et les controverses qui émergent autour de cette technologie, depuis les laboratoires de recherche jusqu’aux projets de développement dans les territoires agricoles. Elle portera une attention particulière à la façon dont les interactions entre des acteurs hétérogènes – agriculteurs, riverains, conseillers, entreprises, scientifiques – contribuent à redessiner les contours de cette technologie et de ses usages. En suivant les collectifs hybrides créés dans une optique de concertation et de participation, la thèse développera un regard renouvelé sur le problème de l’usage des pesticides et les opportunités liées au développement d’alternatives. Elle offrira une compréhension des réagencements sociotechniques qui se jouent autour de l’introduction d’alternatives à la lutte chimique, au-delà d’une approche de simple substitution technologique.
Ce travail répondra également à un besoin d’accompagnement exprimé par nombre de chercheurs en sciences biologiques. Il leur fournira les clefs pour faire évoluer leur posture et ainsi favoriser la coconstruction de nouveaux cadres sociotechniques avec les multiples parties prenantes de la protection des cultures.
Porteur du projet : Simon Fellous
Bailleur : ECOPHYTO
L’objectif du projet est de développer la Technique de l’Insecte Stérile (TIS) sur l’insecte Drosophila suzukii. Il s’agit de déployer la TIS sur 3 cultures, fraise, framboise et cerise.
À cette fin, nous avançons sur différents leviers :
Ces travaux sont jalonnés avec des interactions régulières avec les acteurs des filières de production fruitière.
