Modélisation de la distribution géographique de deux scolytes, Tomicus destruens et Tomicus piniperda, en Europe et dans la région méditerranéenne

Article publié suite à l'événement : MEDINSECT 3 ; Hammamet-Tunis (Tunisie) - (2012-05-08 - 2012-05-11).Preliminary note – Data and results presented in that paper come from the original article: Horn A., Kerdelhué C., Lieutier F., Rossi J.P., 2012. Predicting the distribution of the two bark beetles Tomicus destruens and Tomicus piniperda in Europe and the Mediterranean region. Agricultural and Forest Entomology, 14, 358-366.Various factors such as climate and resource availability influence the geographical distributions of organisms. Species that are susceptible to small temperature variations are known to experience rapid distribution shifts as a result of current global warming, sometimes leading to new threats to agriculture and forests. Tomicus destruens and Tomicus piniperda (Coleoptera, Curculionidae, Scolytinae) cause economic damage to pines in Europe and around the Mediterranean Basin. However, their respective potential distributions have not yet been studied at a large scale, mostly because these two species have long been misidentified. The present study aimed to investigate the influence of climatic factors on the geographical distributions of both Tomicus species in Europe and around the Mediterranean Sea, and to establish maps of suitable areas. We used occurrence data from 114 published localities where the presence or absence of both species was unambiguously recorded and confirmed by molecular data, and we gathered WorldClim meteorological records to link the occurrence of insects and climatic data and to build potential distribution maps. The two studied Tomicus species presented parapatric distributions and opposite climate requirements. T. destruens occurs in locations with warmer temperatures, whereas T. piniperda occurs under colder, continental climates. Amongst the investigated climatic variables, temperature appeared to be most correlated with both species distributions. We further extended our approach to explore potential geographical distributions under climate change scenarios. This showed that the distribution of both species is expected to exhibit strong alteration in the near future (2080) corresponding to a marked expansion of T. destruens towards northern Europe and a retractation and fragmentation of the distribution of T. piniperda.Résumé - Différents facteurs, tels que le climat ou la disponibilité de certaines ressources, affectent la distribution géographique des organismes. Aujourd’hui, les espèces sensibles à de faibles variations de température connaissent des modifications de leur aire de distribution sous l’effet du changement climatique, avec parfois de nouveaux risques pour l’agriculture et les forêts. Tomicus destruens et Tomicus piniperda (Coleoptera, Curculionidae, Scolytinae) causent des dégâts importants aux pins en Europe et sur le pourtour méditerranéen mais leur aire de distribution potentielle à une large échelle est encore mal connue, en particulier parce que ces deux espèces ont longtemps été confondues. L’étude présentée ici a pour objectif de mieux comprendre l’impact des variables climatiques sur la distribution géographique des deux espèces et d’établir des cartes de distribution potentielle, actuelles et futures. Nous avons utilisé 114 données d’occurrence publiées pour lesquelles la présence et l’absence des deux espèces sont avérées par des diagnostiques moléculaires. Nous avons utilisé les données climatiques disponibles dans la base « WorldClim » afin d’ajuster des modèles linéaires généralisés pour modéliser les relations climat – occurrences de T. destruens et T. piniperda. Les résultats obtenus montrent que les deux espèces ont des distributions parapatriques et des préférences climatiques différentes. T. destruens est présent dans les zones les plus chaudes tandis que T. piniperda occupe les régions les plus froides ayant probablement des saisons marquées. Nous avons utilisé les modèles précédents pour réaliser une projection permettant d’estimer la distribution potentielle de chaque espèce dans le cadre du scénario de changement climatique IPCC 4 du CIAT (modèle CCCM avec un scénario d’émission a2a). Les résultats indiquent que les distributions des deux espèces devraient connaître d’importants changements à court terme (2080). Ainsi, T. destruens remonterait vers le nord de l’Europe tandis que l’aire de distribution de T. piniperda serait à la fois réduite et très fragmentée

DISTRIBUTION, PREFERENCE AND PERFORMANCE OF PHORACANTHA RECURVA AND PHORACANTHA SEMIPUNCTATA (COLEOPTERA CERAMBYCIDAE) ON VARIOUS EUCALYPTUS SPECIES IN TUNISIA (1)

The two eucalyptus borers Phoracantha semipunctata and P. recurva were accidently introduced in Tunisia in1962 and 1999, respectively. Their relative distribution is still unknown and very little is known about their preferencesand performances in various host species under different Tunisian climates. We combined field data and laboratoryfollow-up, in order to define their present distribution, their relative abundance and to test the effects of sites andEucalyptus species on attack density, reproductive and developmental performances and productivity of insects. Thestudy was carried out in Eucalyptus plantations of ten localities ranging from humid to arid. Choice preference andcolonization of various selected Eucalyptus species by the two borers were studied with standing trap trees and traplogs. Tree species differed among localities, but all localities contained at least one of the two species E.gomphocephala and E. camaldulensis, both being well appreciated by the two Phoracantha species. It appeared thatboth beetle species were present in all localities but P. recurva was dominant over P. semipunctata everywhere. Insectcharacteristics depended on attack localization on tree stem; attack densities were higher on the lowest than on theupper parts. It is perfectly coherent that the density of emerging beetles correlated positively with attack density,number of young larval galleries, larval survival and adult success in the trap tree experiment. High larval survival andadult success resulted in high offspring productivity

Adaptation mechanisms of forest insects to novel hosts (an integrative approach)

Avec l'intensification de la sylviculture et des échanges internationaux (introductions d'insectes ou plantations d'essences exotiques), les arbres forestiers sont de plus en plus confrontés à des attaques de nouveaux insectes phytophages. La compréhension des mécanismes d adaptation de ces insectes à de nouveaux hôtes représente un enjeu scientifique majeur faisant intervenir de nombreux facteurs et des processus biologiques complexes. Dans ce contexte, nous nous sommes focalisés sur l étude du rôle de deux facteurs : (1) la proximité taxonomique entre hôtes naturels et nouveaux de l'insecte ; (2) l étendue du spectre d hôtes naturels de l insecte. Quatre approches complémentaires (méta-analyse, inventaire terrain, tests comportementaux, analyses génétiques), réalisées à différentes échelles taxonomiques et géographiques, ont été développées, les trois dernières approches se focalisant sur les relations scolytes indigènes - conifères introduits. Les objectifs étaient, d'une part d approfondir les connaissances sur les capacités des insectes forestiers à étendre leur gamme d hôtes, d'autre part d'apporter des informations utiles au gestionnaire forestier pour évaluer les risques économiques et écologiques qui découlent de ces adaptations. Les résultats des quatre approches concordent pour démontrer l importance des deux facteurs testés dans les relations insectes-arbres en général et scolytesconifères en particulier. Les insectes à large spectre d hôtes naturels seraient plus aptes à coloniser de nouveaux hôtes que ceux dont la gamme d hôtes est plus restreinte. Parallèlement, la présence d'hôtes nouveaux proches taxonomiquement des hôtes naturels faciliterait le changement d hôte. L ensemble de nos résultats a contribué à compléter les connaissances sur l évolution de la gamme d hôtes des insectes forestiers phytophages en présence de nouveaux hôtes et par conséquent sur la sensibilité relative de ces hôtes par rapport aux hôtes autochtones.With the intensification of forestry and global trade (insect introductions or plantations of exotic trees), forest trees have increasingly to face attacks by novel phytophagous insects. Understanding the adaptation mechanisms of these insects to their novel hosts, represents a crucial scientific issue involving many factors and complex biological processes. In this general topic, we focused on the role of two factors: (1) the taxonomic proximity between natural and novel hosts of the insects; (2) the host specificity of the insect. Four complementary approaches (meta-analysis, field inventory, behavioral tests and genetic analyses) at different taxonomic and geographical scales have been developed, the last three approaches focusing on the adaptation of indigenous bark beetles to exotic conifers. The objectives were, firstly to improve knowledge on the ability of forest insects to extend their natural host range, and secondly to provide useful information to forest managers, in order they can assess ecological and economic risks arising from these adaptations. Results from the four approaches agree to demonstrate the importance of both tested factors in the insect-tree relationships in general and conifer-bark beetle in particular. Forest insects with a broad natural host range appear to be better colonizers of novel hosts than insects with a narrow host range. The presence of novel tree species taxonomically related to native hosts seems to favor insect host shift. This work has also contributed to improve knowledge on the evolution of the host range of phytophagous forest insects in presence of novel host trees species, and consequently on the sensitivity of these hosts relatively to native ones.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Relations entre les nématodes du genre Bursaphelenchus, l'insecte vecteur Monochamus galloprovincialis et leurs arbres hôtes

Suite à la récente introduction du nématode du pin, Bursaphelenchus xylophilus, au Portugal, ses risques de propagation en France ont été étudiés. Premièrement des campagnes de captures d insectes ont montré que l insecte vecteur Monochamus galloprovincialis était présent sur 3 espèces de pins sensibles au nématode, qu on le retrouvait majoritairement dans le Sud de la France, la température jouant un rôle important dans sa distribution. Les études sur la nématofaune du genre Bursaphelenchus spp, ont, tout d abord, mis en évidence, avec l aide de marqueurs moléculaires, une large distribution de B. mucronatus en France aussi bien dans les pins hôtes que sur l insecte vecteur. L étude de son développement a confirmé la forte similitude de son cycle biologique avec celui de B. xylophilus malgré un taux de croissance plus faible. Enfin une étude de compétition entre les 2 espèces a montré un avantage compétitif de B. xylophilus sur B. mucronatus dans les pins et sur l insecte, en conditions contrôlées. L ensemble de ces résultats a indiqué un risque important de dissémination du nématode du pin dans les pinèdes françaises s il y était introduit.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Interactions peuplier - puceron lanigère (Phloeomyzus passerinii (Sign.)) et processus à l'origine de l'émergence et de l'expansion des pullulations

Comprendre les processus menant à l émergence des insectes ravageurs indigènes, impliquant les interactions entre l insecte, sa plante-hôte et son environnement, représente un enjeu scientifique majeur. Signalées depuis les années 1990 dans les peupleraies du Sud-Ouest de la France, les pullulations du puceron lanigère du peuplier, Phloeomyzus passerinii (Signoret) (Hemiptera : Aphididae), sont en constante expansion géographique. Nous avons adopté une approche pluridisciplinaire pour éclaircir la biologie de l insecte et ses interactions avec l hôte ainsi que pour déterminer si les pullulations étaient liées à des conditions environnementales favorisant des populations locales ou à l'expansion de populations méridionales. Une première approche, centrée sur les interactions peuplier-puceron a montré un comportement atypique du puceron traversant les cellules du parenchyme cortical pour atteindre son site d alimentation localisé dans ce tissu. La résistance du peuplier affecte les performances du puceron de manière multifactorielle, mettant en évidence des propriétés antibiotique et antixénotique localisées dans le parenchyme après analyses par électropénétrographie. Une seconde approche modélisant le potentiel de croissance annuel des populations en conditions optimales a révélé que le réchauffement climatique et la composition génotypique des peupleraies auraient contribué à l émergence des pullulations. Les risques seraient accrus dans le Nord pour un réchauffement de 1 C. Enfin, une approche génétique retraçant l histoire évolutive des populations du puceron a révélé une diversité génétique microsatellite assez élevée, avec 28 génotypes pour 44 individus analysés. On observe une certaine structure entre les régions populicoles, sans toutefois que l on puisse négliger l existence d un flux génique entre les populations dû à une dispersion à longue distance. Ce travail apporte les bases de méthodes de prévision et prévention des risques.Understanding the processes leading to the emergence of indigenous insect pests, involving interactions between the insect, its host plant and its environment, represents a major scientific challenge. Reported since the 1990s in poplar stands of South-Western France, the outbreaks of the woolly poplar aphid, Phloeomyzus passerinii (Signoret) (Hemiptera: Aphididae), have been expanding geographically. We have adopted a multidisciplinary approach to clarify the biology of the insect and its interactions with its host, and to determine whether the outbreaks were related to environmental conditions promoting local populations or expansion of southern populations. One approach, focusing on poplar-aphid interactions has shown an atypical feeding behaviour of the aphid, crossing the cortical parenchyma cells to reach its feeding site located in this tissue. Aphids performances were affected by poplar resistance in many ways, which highlights antibiotic and antixenotic properties localized in the cortical parenchyma after electrical penetration graph analysis. In a second approach, a model simulating the annual growth potential of aphid populations in optimal conditions was developed. It has revealed that global warming and genotypic composition of poplar stands have contributed to the emergence of outbreaks. A warming of 1 C may increase the risks in the North. Finally, a genetic approach drawing the evolutionary history of aphid populations shows a relatively high microsatellite genetic diversity, with 28 genotypes out of 44 individuals tested. There is some structure between poplar stand regions, but we can t ignore gene flow between populations due to long-distance dispersal. This work has provided the basis for forecasting methods and risk prevention.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Caractéristiques génétiques, morphométriques et flore fongique associée à Ips typographus (Coleoptera : Scolytinae) (application à l'estimation des niveaux de population du ravageur)

La composition de la flore fongique associée à Ips typographus et ses caractéristiques morphométriques et génétiques ont été comparées entre populations latentes et épidémiques dans diverses localités françaises. Le niveau des populations a été évalué grâce à un relevé des dommages dans chacun des peuplements suivis. Les conditions épidémiques ont eu un effet négatif sur la taille des insectes, probablement suite à une intensification de la compétition intraspécifique. Aucun effet n'a pu être détecté sur les deux autres paramètres. La flore fongique a toutefois montré une composition spécifique particulière, une variabilité intraspécifique importante et une possible influence sur l'agressivité des populations d'insectes. L'étude de génétique, suite au développement de marqueurs microsatellites, a permis de mettre en évidence une faible structuration des populations à l'échelle française.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Interactions between Scots pine, Ips acuminatus (Gyll.) and Ophiostoma brunneo-ciliatum (Math.): estimation of the critical thresholds of attack and inoculation densities and effects on hydraulic properties in the stem

The aggressiveness towards Scots pine (Pinus sylvestris L.) of the association between a bark beetle (Ips acuminatus Gyll) and an Ophiostomatale fungus (Ophiostoma brunneo-ciliatum Math.) was investigated by estimating experimentally with young trees, the critical threshold of attack or inoculation densities. Records of the relationship between natural attack densities by the beetles and survival of trees in a pine stand yielded a critical attack density threshold of about 900 m$^{-2}$. Experimental mass inoculations of young pines with the fungus, in a forest stand in Central France, demonstrated a weak pathogenicity of this fungal species towards Scots pine. Inoculation densities varying from 200 to 1000 m$^{-2}$ were used. Damage in the bark or in the sapwood recorded three months after the inoculations, remained rather limited. The length of the induced reaction zones in the bark was small as compared to those obtained with more aggressive fungi, and did not increase with inoculation density. Damage in the sapwood, estimated either visually from the observed sapwood drying, and from resinosis, remained limited, but increased significantly with the inoculation density. The impairment of hydraulic conductivity of inoculated trunk segments was rather large with, at highest densities, a loss of conductivity estimated to about 60% . Nevertheless, due to the fact that the resistance to water transfer in the trunk is much smaller than in other organs (like roots or needles), this increase probably only had a small impact on water relations at whole tree level. It may be concluded that the association I. acuminatus - O. brunneo-ciliatum displays only a weak aggressiveness towards Scots pine, and that high densities of attacks or inoculations (above 1000 m$^{-2}$) are required in order to reach the critical threshold able to kill trees.Relations Pinus sylvestris L. / Ophiostoma brunneo-ciliatum Math. / Ips acuminatus Gyll. : seuils critiques de densités d'attaques et d'inoculations ; impact d'inoculations massives sur les propriétés hydrauliques des tiges. La sensibilité de pins sylvestres (Pinus sylvestris L.) aux attaques de scolytes (Ips acuminatus) et de leur champignon associé (Ophiostoma brunneo-ciliatum) a été étudiée en estimant les seuils critiques de densité d'attaques et d'inoculations sur de jeunes arbres. La relation entre la densité d'attaques naturelles et la survie des arbres a permis de déterminer un seuil critique de densité d'attaques d'environ 900 m$^{-2}$. Des inoculations massives de jeunes pins en forêt (Orléans, France) effectuées avec le champignon O. brunneo-ciliatum, à des densités de points d'inoculation allant de 200 à 1000 m$^{-2}$ ont confirmé la faible pathogénicité de cette espèce. Les dégâts observés trois mois après inoculation dans le liber et l'aubier étaient modérés même aux plus fortes densités. La longueur des réactions induites dans le liber était faible par rapport à celle qui résultait d'inoculations avec d'autres champignons, et est restée insensible à l'accroissement des densités d'inoculation. Les dégâts dans l'aubier, estimés visuellement (sections d'aubier desséchées et imprégnées de résine) sont restés modérés mais ont néanmoins augmenté significativement avec la densité d'inoculation. La perte de conductivité hydraulique a été sensible dabs les segments de troncs inoculés. Elle pouvait atteindre 60 % en réponse aux plus fortes densités d'inoculation. Toutefois, cette diminution de conductivité locale n'a probablement eu qu'un faible impact sur les relations hydriques à l'échelle de l'arbre entier, du fait de la faiblesse relative des résistances dans les troncs par rapport à d'autres organes comme les aiguilles. L'association I. acuminatus - O. brunneo-ciliatum s'est donc révélée peu pathogène pour le Pin sylvestre, et les densités d'attaques et d'inoculation susceptibles d'entraîner à terme la mort des arbres sont sans doute très élevées par rapport à d'autres associations scolytes-champignons