Effects and mechanisms of toxicity of two lectins of the glucose/mannose group towards the pea aphid, Acyrthosiphon pisum (Harris). Potential use of plant lectins for creating transgenic plants resistant to aphids - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 1995

Effects and mechanisms of toxicity of two lectins of the glucose/mannose group towards the pea aphid, Acyrthosiphon pisum (Harris). Potential use of plant lectins for creating transgenic plants resistant to aphids

Effets et modes d'action des deux lectines à mannose sur le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum (Harris) - Potentiel d'utilisation des lectines végétales pour la création de plantes transgéniques résistantes aux pucerons

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Abstract

The aim of this study is to identify proteins that are deleterious to aphids (Homoptera; Aphididae), and to determine the mechanisms of action of some of them. This work is a first step in a defence strategy against aphids based upon the use of transgenic plants expressing such toxic plant proteins.
Amongst the molecules tested, two mannose-binding lectins, ConA and GNA, from jackbean (Canavalia ensiformis) and snowdrop (Galanthus nivalis) respectively, induced significant mortality and growth inhibitory effects on aphid nymphal development; these were thus chosen for subsequent investigations.
Dose-response curves of mannose binding lectins were shown to differ substantially between the six aphid species tested. At sub-lethal doses GNA and ConA adversely affected total fecundity and the dynamics of reproduction of both pea aphid, Acyrthosiphon pisum (Harris), and peach-potato aphid, Myzus persicae Sulzer. ConA acted as an antifeedant, but not as a feeding deterrent. On the model aphid A. pisum, high levels of ConA significantly altered ingestion rates, but at moderate levels, insects appeared to exhibit a time-dependent tolerance of the antifeedant. The stomach and anterior part of the midgut were shown to be the primary physiological targets of ConA. As a result of its binding to epithelial cells, the lectin was shown to induce hypertrophic growth of these cells and subsequent shedding of the membrane surface. Competitive experiments with different mannosides suggested that this interaction appeared not to be simply a consequence of binding of the lectin to mannose residues. Both ConA and GNA caused distinct disturbances in the steady-state levels of free amino acids in the aphid, but the effects of the two lectins differed significantly from each other.
Effects of lectins are discussed in relation to the use of transgenic plants expressing such toxic proteins for potential control of aphid populations.
Nous avons recherché des protéines toxiques pour les pucerons (Homoptères, insectes piqueurs-suceurs phloémophages) et étudié le mode d'action de certaines d'entre elles. Ce travail constitue une première étape d'un programme de création de plantes résistantes aux pucerons par génie génétique.
Les caractéristiques toxicologiques de nombreuses protéines sont évaluées par des tests d'ingestion sur milieux artificiels définis. Des lectines d'origine végétale se liant au mannose présentent des propriétés toxiques intéressantes. Notre étude porte sur la Concanavaline A (lectine de Canavalia ensiformis [L.] DC, ConA) qui est une lectine modèle très étudiée du point de vue biochimique, et la lectine du perce-neige (Galanthus nivalis L., GNA) dont les caractéristiques en font un bon candidat à l'application envisagée.
Nous mettons en évidence une variabilité de la toxicité des lectines à mannose chez six espèces de pucerons. La ConA est moins active sur les espèces polyphages. Elle n'est pas phagorépulsive pour notre puceron modèle, Acyrthosiphon pisum (Harris) et agit en quelques heures aux doses moyennes, notamment en inhibant l'ingestion. Une adaptation comportementale à moyen terme (24 h-48 h) est également mise en évidence. Des techniques de marquage révèlent que la cible physiologique primaire de la ConA est la portion antérieure du mésentéron. Elle s'y fixe en très grande quantité. Après liaison aux cellules épithéliales, la lectine induit une hypertrophie de ces cellules et un détachement de leur membrane apicale. Des expériences de compétition lectines/mannosides indiquent que la liaison toxine-épithélium ne semble pas dépendre uniquement d'une interaction sucre-lectine. Nous observons également une forte perturbation du métabolisme des acides aminés des pucerons. Le mode d'action de la ConA et de la GNA diffèrent sensiblement sur ce point.
Les premiers tests biologiques effectués sur des pommes de terre transgéniques exprimant de manière constitutive le gène de la GNA sont variables mais prometteurs.
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Dates and versions

tel-00007006 , version 1 (30-09-2004)

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  • HAL Id : tel-00007006 , version 1
  • PRODINRA : 318765

Cite

Nicolas Sauvion. Effets et modes d'action des deux lectines à mannose sur le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum (Harris) - Potentiel d'utilisation des lectines végétales pour la création de plantes transgéniques résistantes aux pucerons. Sciences du Vivant [q-bio]. INSA de Lyon, 1995. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007006⟩
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