Virus manipulateurs du comportement des insectes : prévalence et influence sur la structure des communautés hôtes : Exemple de l’association Leptopilina boulardi / LbFV, Viruses manipulating insect behaviour: prevalence and impact on the structure of host community : Example of the association Leptopilina boulardi / LbFV

Sabine Patot

Description

Sous la direction de Frédéric Fleury, Julien Varaldi
Thèse soutenue le 10 juillet 2009: Lyon 1
Les symbioses eucaryotes/micro-organismes constituent une importante source d’innovation évolutive et de diversité écologique. Ces associations sont très répandues chez les insectes, en particulier chez les insectes parasitoïdes (insectes parasites d’autres insectes) qui hébergent en particulier une grande diversité de virus transmis verticalement. Leurs effets directs sur les parasitoïdes ainsi que les effets indirects sur la structure des communautés sont à l’heure actuelle mal compris. Nous avons abordé ces questions au travers l’étude d’un virus héritable (LbFV) ayant la particularité de manipuler le comportement de superparasitisme de son hôte, l’hyménoptère parasitoïde de drosophiles Leptopilina boulardi. La mise au point d’un outil moléculaire diagnostic de l’infection nous a permis de montrer que ce virus, spécifique à L. boulardi, peut atteindre de fortes prévalences dans les populations d’hôtes. Nous avons également mis en évidence un effet de la présence du virus sur les interactions compétitives interspécifiques au sein de la communauté des parasitoïdes de drosophiles. L’approche intégrée de ce travail constitue une étape importante dans la connaissance du rôle des virus héritables sur l’écologie et l’évolution de leurs hôtes
-virus à transmission verticale
-Leptopilina boulardi
-manipulation du comportement
-SSH
-parasitoïdes de drosophiles
-prévalence
-superparasitisme
-effet des symbiotes
Eukaryots/microorganisms symbiosis is an important source of evolutionary novelty and ecological diversification. These associations are widespread in insects, particularly in parasitoids (insects that parasitize other insects) where a broad diversity of vertically transmitted viruses are found. However, their direct and indirect effects on host community are poorly understood. In this thesis, we used a system involving a Drosophila parasitoid, Leptopilina boulardi and a heritable virus LbFV that manipulates the behaviour of the parasitoid by increasing its tendency to lay eggs in a host that is already parasitized (superparasitism). Using a viral molecular marker developed in this work, we showed very high prevalences of the virus in L. boulardi populations. Additionally, we found a strong effect of the virus on interspecific competition in the Drosophila parasitoid community. The integrative approach of this work is an important step in understanding the role of heritable viruses in parasitoid ecology and evolution
-vertically-transmitted virus
-behavioural manipulation
-Drosophila parasitoids
-superparasitism
-Leptopilina boulardi
-symbiont impact
-SSH
-prevalence
Source: http://www.theses.fr/2009LYO10103/document

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Informations

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Extrait

N° d’ordre 103-2009 Année 2009


THESE

présentée
devant l’UNIVERSITE CLAUDE BERNARD – LYON I
pour l’obtention
du DIPLOME DE DOCTORAT
(arrêté du 7 août 2006)
par

Sabine PATOT


Virus manipulateurs du comportement des insectes :
prévalence et influence sur la structure des communautés hôtes
Exemple de l’association Leptopilina boulardi / LbFV



présentée et soutenue publiquement le 10 juillet 2009 devant la commission d’examen :

Pierre JOLY, Prof. Univ. Lyon 1 Examinateur
Jacques VAN ALPHEN, Prof. Univ. Leiden (Pays-Bas) Rapporteur
Anne-Nathalie VOLKOFF, C. R. INRA, Montpellier Rapporteur
Thierry RIGAUD, D. R. CNRS, Dijon Examinateur
Frédéric FLEURY, Prof. Univ. Lyon 1 Directeur
Julien VARALDI, M.C.U., Univ. Lyon 1 Co-directeur


Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive, UMR CNRS 5558
Université Claude Bernard, Lyon 1
43 bd du 11 novembre 1918
69622 Villeurbanne Cedex
tel-00451287, version 1 - 28 Jan 2010Avant-propos


Ce manuscrit présente l’ensemble du travail de recherche accompli au cours de ma thèse. Je
me suis intéressée à l’étude d’un virus manipulateur du comportement d’infestation d’un
parasitoïde de drosophiles. Le présent rapport est composé de six chapitres, encadrés d’une
introduction et d’une discussion générales. Chaque chapitre, à l’exception du premier et du
quatrième, est organisé autour d’un manuscrit publié, soumis ou en préparation. Avant chaque
manuscrit, une synthèse des principaux objectifs, résultats et conclusions est présentée.
Parfois, des expériences complémentaires, non présentées dans les articles, viennent s’y
ajouter.

Le premier chapitre décrit les connaissances sur les parasitoïdes de drosophiles, et plus
particulièrement Leptopilina boulardi et Leptopilina heterotoma. Il y est également présenté
les connaissances disponibles en début de thèse sur les associations de ces deux espèces de
parasitoïdes avec des partenaires symbiotiques (principalement L. boulardi / LbFV et L.
heterotoma / Wolbachia) ainsi que les lignées d’insectes utilisées. Les chapitres suivants
exposent les résultats obtenus au cours de la thèse. Le chapitre II décrit la mise au point d’un
outil moléculaire diagnostic de l’infection du virus manipulateur du comportement chez les
parasitoïdes de drosophiles et donne des informations, encore préliminaires, sur l’aspect
moléculaire de la manipulation. La suite du manuscrit s’intéresse à la prévalence du virus
dans les populations naturelles de L. boulardi du sud-est de la France et aborde la diversité
génétique virale (chapitre III). Le chapitre IV présente les recherches menées sur la variabilité
génétique du comportement de superparasitisme. Les deux derniers chapitres se focalisent sur
l’infection virale et son aspect dans la communauté des parasitoïdes de drosophiles. Il est
question de la circulation du virus au sein de cette communauté (chapitre V) ainsi que des
conséquences de l’infection virale sur les relations interspécifiques entre espèces de
parasitoïdes compétitrices (chapitre VI).

Des annexes viennent compléter le manuscrit. Le lecteur y trouvera le protocole de
construction des banques soustraites, la liste des EST composant les banques soustraites ainsi
que trois articles pour lesquels je suis co-auteur.

tel-00451287, version 1 - 28 Jan 2010Résumé


Les insectes hébergent de très nombreux partenaires symbiotiques dont les effets sont pour le
moins variés. De nouvelles associations sont découvertes régulièrement, impliquant différents
types de micro-organismes à transmission verticale restés jusqu’alors inconnus car faiblement
pathogènes avec des effets confondus avec des caractéristiques intrinsèques de l’hôte. Pour la
plupart, ces partenaires symbiotiques récemment découverts sont des bactéries. Les virus sont
encore souvent rapportés comme causant la mort de leur hôte. Pourtant, il est aujourd’hui
connu l’existence de virus ayant un faible effet pathogène.

Chez l’insecte parasitoïde de drosophiles Leptopilina boulardi a été mis en évidence
un virus infectieux, se transmettant aussi verticalement et modifiant le comportement de
l’insecte. Les femelles infectées par ce virus nommé LbFV (Leptopilina boulardi Filamentous
Virus) acceptent de pondre plusieurs fois dans une larve hôte déjà parasitée
(superparasitisme), bien que celle-ci ne puisse donner naissance qu’à un seul parasite
(parasitoïde solitaire). Cette modification comportementale permet aux particules virales
d’être transférées horizontalement en plus de leur transmission verticale de mère à
descendant, amplifiant ainsi leur propagation dans la population hôte. Outre la modification
comportementale, le virus ne semble pas avoir d’effet délétère majeur sur son hôte. Le
superparasitisme, jusqu’à présent interprété comme étant adaptatif pour le parasitoïde en cas
de forte compétition, serait ici l’expression du phénotype étendu induit par les particules
virales. Ce résultat a ouvert de nouvelles pistes de recherche dans le domaine des relations
virus-eucaryotes, l’évolution des relations hôtes-symbiotes en général et la place des micro-
organismes dans les interactions entre insectes hôtes et parasitoïdes.
Une première étape de la thèse a consisté à rechercher des marqueurs moléculaires du
virus. Nous avons ainsi développé un outil moléculaire diagnostic de l’infection (PCR)
permettant de déterminer aisément les statuts d’infection des insectes et d’étudier la présence
du virus dans les populations naturelles de L. boulardi.
L’étude de 15 populations naturelles de L. boulardi du sud-est de la France a révélé
un gradient nord-sud de la prévalence de LbFV: les populations les plus au nord de la zone
géographique étudiée (situées à la limite de répartition de L. boulardi) ont des taux d’infection

tel-00451287, version 1 - 28 Jan 2010très faibles voire nuls contrairement à celles situées le plus au sud où la présence du virus
atteint des proportions élevées (jusqu’à 95%).
L’influence de la présence du virus dans la communauté de parasitoïdes de drosophiles
du sud-est de la France a alors été recherchée en étudiant le rôle de LbFV sur les relations
entre espèces en compétition pour les mêmes espèces hôtes. Lorsque L. boulardi n’est pas
infectée par LbFV, l’avantage compétitif de cette espèce sur L. heterotoma, sa principale
compétitrice et espèce réfractaire à l’infection par LbFV, est très net. En revanche, en
présence du virus, la supériorité compétitive de L. boulardi diminue fortement et permet un
quasi rééquilibrage des capacités compétitives des deux espèces de parasitoïdes. Nous avons
montré que le gaspillage en œufs induit par LbFV chez L. boulardi de par le comportement de
superparasitisme est la cause de cette modification. Le virus apparait être un facteur important
dans le maintien de la structure de la communauté de parasitoïdes du sud-est de la France
modifiant profondément l’issue de la compétition interspécifique.

Ces résultats montrent que les micro-organismes à transmission verticale peuvent
perturber et façonner les structures des communautés hôtes. Ils apparaissent alors comme des
acteurs du fonctionnement des écosystèmes et donc de la biodiversité à prendre en compte
pour l’étude de l’écologie des organismes libres.

tel-00451287, version 1 - 28 Jan 2010Abstract


Insects harbor numerous symbionts that induce various effects on their hosts. New
associations are regularly revealed implying various vertically transmitted micro-organisms
previously unknown possibly because they have few, if any, detectable effects on the host
phenotype. Mostly, these recently discovered symbionts are bacteria. Although most of the
viruses commonly studied cause severe damage to their hosts, potentially killing them, some
of these viruses have low impact on host fitness.

In the Drosophila parasitoid wasp Leptopilina boulardi, we discovered a virus
designated LbFV (L. boulardi Filamentous Virus) that manipulates the behaviour of its host.
Infected females deposit their eggs in hosts that are already parasitized (superparasitism)
despite the fact that secondary parasites most often lose