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Thèse Année : 2021

BIOCHEMICAL AND MOLECULAR ASPECTS OF HOST RECOGNITION AND ACCEPTANCE BY COTESIA SPP. POPULATIONS IN COASTAL AND WESTERN KENYA

ASPECTS BIOCHIMIQUES ET MOLÉCULAIRES DE LA RECONNAISSANCE ET L'ACCEPTATION DE L'HÔTE PAR DIFFERENTES POPULATIONS DE COTESIA AU KENYA

Résumé

Lepidopteran stemborers are among the major constraints to maize production in Africa due to the crop losses they cause. Cotesia spp. are one of the key parasitoids that have been used in biological control of cereal stemborers. For example, in eastern Africa, the braconid larval endoparasitoid, Cotesia flavipes Cameron was introduced in a classical biocontrol programme for the control of the invasive stemborer Chilo partellus (Swinhoe): (Lepidoptera: Crambidae). Although the plant volatiles play a key role in the parasitoids for location of their hosts feeding on plants, studies have indicated that the host identification process for acceptance occurs mainly during contact between the parasitoid and its host where host products related to feeding activities including fecal pellets and oral secretions, play a crucial role in determining the suitability of the stemborer and to induce the host recognition and acceptance. For a better and efficient biological control management systems, this study sought to unravel the origin, identity and the chemical variability of the contact chemical(s) involved in host recognition and acceptance, of suitable stem borer hosts by the Cotesia species/population present in Kenya. It also entailed to identify the candidate genes involved in host recognition and acceptance by Cotesia species. Using stemborer host and non-hosts of C. flavipes, this study demonstrated the oral secretions of the larvae that harbour the active chemical(s) that mediate host acceptance for oviposition by C. flavipes.Through the integration of behavioural observations, biochemical and proteomics approaches, the active compound of the oral secretions was identified as an α-amylase. Using synthetized α-amylases from Drosophila melanogaster (an insect model for which syntheses of active and inactive α-amylases are available), it was observed that the conformation of the enzyme rather than its catalytic site as well as its substrate and its degradation product is responsible for host acceptance and oviposition mediation of C. flavipes females. The present work also investigated whether the variations in this enzyme could explain specific host recognition in different host-parasitoid associations. Different species and populations of the C. flavipes complex specialized on graminaceous lepidopteran stemborers were used. Electrophoresis of α-amylase and enzyme specific amylolytic test (formation of specific enzyme -substrate complex) revealed different isoforms that mediate oviposition acceptance and preference of the parasitoid for a specific host. Because of the presence of two populations of Cotesia sesamiae in Kenya, viz, Cs-Coast and Cs-Inland, with contrasted level of acceptance of Busseola fusca (Lepidoptera: Noctuidae) host, advantage of this was exploited in order to determine the candidate genes involved in host acceptance by the parasitoids. A genetic analysis approach of crosses between these two populations was thus initiated and confirmed that their acceptance towards B. fusca for oviposition is heritable. In conclusion the discovery presented in this thesis opens new avenue to investigate evolutionary processes at play in host specialization in the species-rich Cotesia genus.
Les lépidoptères foreurs de graminées sont parmi les principales contraintes à la production de maïs en Afrique en raison des pertes de récoltes qu'ils entraînent. Les Cotesia spp. sont l'un des principaux parasitoïdes qui ont été utilisés dans la lutte biologique contre ces foreurs de céréales. Par exemple, dans l'est de l'Afrique, l'endoparasitoïde Braconidae larvaire, Cotesia flavipes Cameron a été introduit dans un programme de lutte biologique classique contre le foreur Chilo partellus (Swinhoe) : (Lépidoptère : Crambidae). Bien que les volatiles des plantes jouent un rôle rôle clé chez les parasitoïdes pour la localisation de leurs hôtes se nourrissant de plantes, des études ont a indiqué que le processus d'identification de l'hôte pour l'acceptation se déroule principalement pendant le contact entre le parasitoïde et son hôte et en contact des produits liés à l'alimentation y compris les pellets fécaux et les sécrétions orales. Ceux-ci jouent un rôle crucial dans la reconnaissance et l'acceptation de l'hôte. Pour une meilleure et efficace gestion des systèmes de lutte biologique, cette étude a cherché à démêler l'origine, l'identité et la variabilité chimique du ou des produits chimiques de contact impliqués dans la reconnaissance et l'acceptation d'hôtes. Il s'agissait également d'identifier les gènes candidats impliqués dans la reconnaissance et l'acceptation de l'hôte par les espèces de Cotesia. En utilisant l'hôte et des non-hôtes de C. flavipes, cette étude a démontré que les sécrétions des larves abritent la ou les substances chimiques actives qui permettent cette reconnaissance pour ponte par C. flavipes. A l'aide d'intégration des les approches biochimiques et protéomiques, le composé actif des sécrétions orales ont été identifiées comme une α-amylase. En utilisant des α-amylases synthétisées à partir de Drosophila melanogaster (un modèle d'insecte pour lequel des synthèses d'actifs et d'inactifs α-amylases sont disponibles), il a été observé que la conformation de l'enzyme plutôt que son site catalytique ainsi que son substrat et son produit de dégradation sont responsables pour l'acceptation de l'hôte et la médiation de l'oviposition des femelles de C. flavipes. Les travaux ont également cherché à savoir si les variations de cette enzyme pouvaient expliquer des la reconnaissance de l'hôte dans différentes associations d'hôtes-parasitoïdes. Différentes espèces et populations du complexe C. flavipes spécialisées sur les lépidoptères graminées ont été utilisés. Les électrophorèse de l'α-amylase et de l'amylolyse spécifique à l'enzyme (formation d'un complexe enzyme-substrat spécifique) a révélé différentes isoformes qui servent de médiateur pour l'acceptation de la ponte et la préférence du parasitoïde pour son hôte. En raison de la présence de deux populations de Cotesia sesamiae au Kenya avec un niveau d'acceptation contrasté vis-à-vis de Busseola fusca (Lepidoptera : Noctuidae), une analyse génétique a été menée afin de déterminer les gènes candidats impliqués dans l'acceptation de l'hôte par les parasitoïdes. L'approche des croisements entre ces deux populations a ainsi été initiée et confirmée que leur acceptation envers B. fusca pour l'oviposition est héréditaire. En conclusion, la découverte présentée dans cette thèse ouvre une nouvelle voie pour l'étude de l'évolution les processus en jeu dans la spécialisation des hôtes dans le genre Cotesia, riche en espèces.
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Dates et versions

tel-03093739 , version 1 (06-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03093739 , version 1

Citer

Gladys Bosibori Bichang’a. BIOCHEMICAL AND MOLECULAR ASPECTS OF HOST RECOGNITION AND ACCEPTANCE BY COTESIA SPP. POPULATIONS IN COASTAL AND WESTERN KENYA. Life Sciences [q-bio]. University of Nairobi, 2021. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03093739⟩
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