Combinaisons, caractéristiques et origines de mécanismes de résistance aux (bio)insecticides chez des insectes ravageurs des cultures

Some insects, when subjected to high insecticide pressure, develop the ability to survive these toxins. This adaptive phenomenon called insecticide resistance is an example of microevolution. Through the study of various biological models I have addressed questions concerning (i) the types of resistance mechanisms and their importance in the development of field management strategies; (ii) the anticipation and study of resistance to biocontrol products in order to increase their sustainability; and (iii) the genetic basis of resistance. Studies conducted on two lepidopteran pests: Grapholita molesta (Tortricidae) and Ostrinia nubilalis (Pyralidae) highlight complex and variable resistance mechanisms between populations, based on panels of combinations of increased activity of detoxification enzymes and mutation in the molecular target of the insecticide. Research on the pre-existence of resistance to two natural plant extracts (3,5-dicaffeoyl quinic acid and dicaffeoyl tartaric acid) with aphicidal properties in several aphid species showed (i) small differences in susceptibility between clones or populations of Myzus persicae (Aphididae) possibly related to the size of the individuals (ii) insensitivity of one clone of Aphis craccivora (Aphididae). No cross-resistance between synthetic insecticides and these natural extracts was detected. Research on the cost of resistance in Cydia pomonella (Tortricidae) to Cydia pomonella GranuloVirus isolate M (CpGV-M), a widely used biopesticide, showed a low cost limiting the possibilities of managing this resistance. Finally, the genomic study of the genetic basis of resistance in C. pomonella to deltamethrin, thiachloprid, phosmet and CpGV-M shows that the CYP6B2 gene is responsible for cross-resistance between two synthetic molecules and that the major determinant of resistance to the virus is located in the 53,600,000 bp area on chromosome 1.The complexity of resistance mechanisms complicates their management in the field. The use of knowledge and techniques acquired in the study of resistance to synthetic insecticides is relevant and advisable to improve the sustainability of naturally occurring insecticides. The study of the genetic basis using genomic techniques confirms the existence of gene convergence, with resistance mechanisms often comparable between species, and opens up numerous research prospects.Certains insectes lorsqu’ils sont soumis à de fortes pressions insecticides développent la capacité à survivre à ces toxiques. Ce phénomène adaptatif appelé résistance aux insecticides est un exemple de microévolution. Grâce à l’étude de divers modèles biologiques j’ai abordé des questions concernant (i) les types de mécanismes de résistance et leur importance dans élaboration de stratégies de gestion sur le terrain ; (ii) l’anticipation et l’étude de résistances à des produits de biocontrôle pour augmenter leur durabilité; et (iii) les bases génétiques des résistances. Les études menées sur deux lépidoptères ravageurs : Grapholita molesta (Tortricidae) et Ostrinia nubilalis (Pyralidae) mettent en avant des mécanismes de résistances complexes et variables entre populations, basés sur des panels de combinaisons d’augmentation d’activité d’enzymes de détoxication et de mutation de la cible moléculaire de l’insecticide. Les recherches sur la préexistence de résistance à deux extraits naturels de plantes (l’acide 3,5-dicaféoyl quinique et l’acide dicafféoyl tartrique) avec des propriétés aphicides chez plusieurs espèces de pucerons ont montré (i) de faibles différences de sensibilités entre clones ou populations de Myzus persicae (Aphididae) possiblement en lien avec la taille des individus (ii) une insensibilité d’un clone d’Aphis craccivora (Aphididae). Aucune résistance croisée entre insecticides de synthèse et ces extraits naturels n’a été détectée. Les recherches sur le coût de la résistance de Cydia pomonella (Tortricidae) à l’isolat M de Cydia pomonella GranuloVirus (CpGV-M), un biopesticide largement utilisé, ont montré un faible coût limitant les possibilités de gestion de cette résistance. Enfin, l’étude génomique des bases génétiques des résistances de C. pomonella à la deltaméthrine, au thiaclopride, au phosmet et au CpGV-M montre que le gène CYP6B2 est responsable de résistances croisées entre deux molécules de synthèse et que le déterminant majeur de la résistance au virus est situé dans la zone des 53 600 000 pb sur le chromosome 1.La complexité des mécanismes de résistance complique leur gestion sur le terrain. L’utilisation des connaissances et des techniques acquises dans l’étude des résistances aux insecticides de synthèse est pertinente et souhaitable pour améliorer la durabilité des insecticides d’origine naturelle. L’étude des bases génétiques par des techniques de génomique confirme l’existence de convergences géniques, les mécanismes de résistance étant souvent comparables entre espèces et ouvre de nombreuses perspectives de recherche

Combinations, characteristics and origins of (bio)insecticide resistance mechanisms in crop pests

Certains insectes lorsqu’ils sont soumis à de fortes pressions insecticides développent la capacité à survivre à ces toxiques. Ce phénomène adaptatif appelé résistance aux insecticides est un exemple de microévolution. Grâce à l’étude de divers modèles biologiques j’ai abordé des questions concernant (i) les types de mécanismes de résistance et leur importance dans élaboration de stratégies de gestion sur le terrain ; (ii) l’anticipation et l’étude de résistances à des produits de biocontrôle pour augmenter leur durabilité; et (iii) les bases génétiques des résistances. Les études menées sur deux lépidoptères ravageurs : Grapholita molesta (Tortricidae) et Ostrinia nubilalis (Pyralidae) mettent en avant des mécanismes de résistances complexes et variables entre populations, basés sur des panels de combinaisons d’augmentation d’activité d’enzymes de détoxication et de mutation de la cible moléculaire de l’insecticide. Les recherches sur la préexistence de résistance à deux extraits naturels de plantes (l’acide 3,5-dicaféoyl quinique et l’acide dicafféoyl tartrique) avec des propriétés aphicides chez plusieurs espèces de pucerons ont montré (i) de faibles différences de sensibilités entre clones ou populations de Myzus persicae (Aphididae) possiblement en lien avec la taille des individus (ii) une insensibilité d’un clone d’Aphis craccivora (Aphididae). Aucune résistance croisée entre insecticides de synthèse et ces extraits naturels n’a été détectée. Les recherches sur le coût de la résistance de Cydia pomonella (Tortricidae) à l’isolat M de Cydia pomonella GranuloVirus (CpGV-M), un biopesticide largement utilisé, ont montré un faible coût limitant les possibilités de gestion de cette résistance. Enfin, l’étude génomique des bases génétiques des résistances de C. pomonella à la deltaméthrine, au thiaclopride, au phosmet et au CpGV-M montre que le gène CYP6B2 est responsable de résistances croisées entre deux molécules de synthèse et que le déterminant majeur de la résistance au virus est situé dans la zone des 53 600 000 pb sur le chromosome 1.La complexité des mécanismes de résistance complique leur gestion sur le terrain. L’utilisation des connaissances et des techniques acquises dans l’étude des résistances aux insecticides de synthèse est pertinente et souhaitable pour améliorer la durabilité des insecticides d’origine naturelle. L’étude des bases génétiques par des techniques de génomique confirme l’existence de convergences géniques, les mécanismes de résistance étant souvent comparables entre espèces et ouvre de nombreuses perspectives de recherche.Some insects, when subjected to high insecticide pressure, develop the ability to survive these toxins. This adaptive phenomenon called insecticide resistance is an example of microevolution. Through the study of various biological models I have addressed questions concerning (i) the types of resistance mechanisms and their importance in the development of field management strategies; (ii) the anticipation and study of resistance to biocontrol products in order to increase their sustainability; and (iii) the genetic basis of resistance. Studies conducted on two lepidopteran pests: Grapholita molesta (Tortricidae) and Ostrinia nubilalis (Pyralidae) highlight complex and variable resistance mechanisms between populations, based on panels of combinations of increased activity of detoxification enzymes and mutation in the molecular target of the insecticide. Research on the pre-existence of resistance to two natural plant extracts (3,5-dicaffeoyl quinic acid and dicaffeoyl tartaric acid) with aphicidal properties in several aphid species showed (i) small differences in susceptibility between clones or populations of Myzus persicae (Aphididae) possibly related to the size of the individuals (ii) insensitivity of one clone of Aphis craccivora (Aphididae). No cross-resistance between synthetic insecticides and these natural extracts was detected. Research on the cost of resistance in Cydia pomonella (Tortricidae) to Cydia pomonella GranuloVirus isolate M (CpGV-M), a widely used biopesticide, showed a low cost limiting the possibilities of managing this resistance. Finally, the genomic study of the genetic basis of resistance in C. pomonella to deltamethrin, thiachloprid, phosmet and CpGV-M shows that the CYP6B2 gene is responsible for cross-resistance between two synthetic molecules and that the major determinant of resistance to the virus is located in the 53,600,000 bp area on chromosome 1.The complexity of resistance mechanisms complicates their management in the field. The use of knowledge and techniques acquired in the study of resistance to synthetic insecticides is relevant and advisable to improve the sustainability of naturally occurring insecticides. The study of the genetic basis using genomic techniques confirms the existence of gene convergence, with resistance mechanisms often comparable between species, and opens up numerous research prospects

Spiders (Arachnida: Araneae) in organic apple (Rosaceae) orchards in southeastern France

The role of spiders (Arachnida: Araneae) in biological control programmes has received less attention than that of insect natural enemies. The aim of this two-year study was to obtain descriptive data on spider spring field population structure and dynamics. The study was carried out in one insecticide-free and four organic apple orchards in southeastern France. Rolls and bands of corrugated cardboard near the ground and shoots infested with Dysaphis plantaginea (Passerini) (Hemiptera: Aphididae) in the tree canopy were used to sample spiders. Thirty-three spider species belonging to 14 families were identified from both sampling methods. Cheiracanthium mildei Koch (Araneae: Cheiracanthiidae) was clearly the predominant arboreal spider species in aphid-infested shoots (>57%). More than half of the spiders recorded in cardboard bands belonged to three species Drassodes pubescens (Thorell) (Araneae: Gnaphosidae), Pseudeuophrys erratica (Walckenaer) (Araneae: Salticidae), and Icius hamatus (Koch) (Araneae: Salticidae). Salticidae (39.9%) and Gnaphosidae (23.4%) families dominated significantly the spider assemblages observed in the cardboard rolls and were present on almost all sampling dates. However, in the two shelter types, the spider abundance curve clearly had a poly-modal shape. This may be due to the sequential arrival of some spider species or their dominance in a certain period of our study

Prévenir et réduire les risques de sélection de résistances : de la théorie à la pratique, des pistes pour améliorer la durabilité des PPP

SPEPôle GEAPSICT2communication orale invitée, résuméLa résistance est le résultat inéluctable de la sélection exercée par les PPP sur les populations de bio-agresseurs. On ne peut pas empêcher une résistance d’évoluer, mais on peut retarder substantiellement son évolution en mettant en place des stratégies appropriées avant (prévention) et après (gestion) la détection des premiers individus résistants. Le point-clef à retenir pour cela est que plus le contrôle d’un bio-agresseur est basé sur une chimie peu diversifiée, plus le risque de sélectionner rapidement une résistance est élevé. Un exemple type de ce qu’il ne faut pas faire est de contrôler un bio-agresseur présent sur de grandes surfaces en utilisant exclusivement des PPP ayant un même mode d’action, voire un seul PPP. Cette stratégie peut fonctionner à court terme, mais à moyen et long terme, elle est extrêmement risquée du point de vue de la sélection des résistances. Pour limiter le risque de sélection de résistances, il faut une stratégie de contrôle des bio-agresseurs qui soit diversifiée et efficace. Ceci implique de limiter le plus possible la prolifération des bio-agresseurs en utilisant une diversité de moyens (chimiques et non chimiques) dont la combinaison soit la plus efficace possible : rotations culturales (quand c’est possible), prophylaxie (destruction des sources d’inoculum ou des formes hivernantes...), et mise en oeuvre de toute pratique de contrôle non chimique efficace et acceptable dans un système de production donné. L’emploi des PPP ne devrait idéalement se faire qu’après la mise en oeuvre de ces moyens, pour « finir le travail » : l’idée est de réduire le risque de sélection de résistances en réduisant l’infestation sur laquelle on applique un PPP. Et bien entendu, il faut aussi diversifier à la fois dans l’espace et dans le temps la partie chimique du contrôle : alterner les modes d’action, et/ou utiliser des mélanges contenant des substances ayant des modes d’action différents, tout en se plaçant dans des conditions d’application qui permettront une efficacité maximale de l’application. La dose appliquée (pleine ou réduite) peut également fortement influencer l’évolution de la résistance. Au vu de la facilité d’emploi des PPP (« un pt’it coup de pulvé, et c’est plié »), ces recommandations peuvent sembler contraignantes. À court terme, il semble logique de privilégier la simplicité dans le contrôle des bio-agresseurs. Mais le contrôle des bio-agresseurs ne peut se raisonner que dans la durée, collectivement, et en considérant l’efficacité des PPP comme un bien commun. En cas de généralisation de la résistance, et sans efficacité pratique résiduelle du PPP concerné, il est souvent inutile de continuer à utiliser le PPP concerné. Le contrôle du bio-agresseur résistant devra être recherché par d’autres méthodes, chimiques ou non. Une fois la résistance établie, mettre en place des mesures de gestion est en général bien plus contraignant, moins efficace, voire plus coûteux, qu’utiliser une stratégie de prévention des résistances, surtout dans le contexte actuel de réduction de l’utilisation des intrants chimiques et de manque de nouveaux modes d’action

Prévenir et réduire les risques de sélection de résistances : de la théorie à la pratique, des pistes pour améliorer la durabilité des PPP

SPEGESTADCT3 INRALa résistance est le résultat inéluctable de la sélection exercée par les PPP sur les populations de bio-agresseurs. On ne peut pas empêcher une résistance d’évoluer, mais on peut retarder substantiellement son évolution en mettant en place des stratégies appropriées avant (prévention) et après (gestion) la détection des premiers individus résistants. Le point-clef à retenir pour cela est que moins le contrôle d’un bio-agresseur est basé sur une chimie diversifiée, plus le risque de sélectionner rapidement une résistance est élevé. Un exemple type de ce qu’il ne faut pas faire est de contrôler un bio-agresseur présent sur de grandes surfaces en utilisant exclusivement des PPP ayant un même mode d’action, voire un seul PPP. Cette stratégie peut fonctionner à court terme, mais à moyen et long terme, elle est extrêmement risquée du point de vue de la sélection des résistances. Pour limiter le risque de sélection de résistances, il faut une stratégie de contrôle des bioagresseurs qui soit diversifiée et efficace. Ceci implique de limiter le plus possible la prolifération des bio-agresseurs en utilisant une diversité de moyens (chimiques et non chimiques) dont la combinaison soit la plus efficace possible : rotations culturales (quand c’est possible), prophylaxie (destruction des sources d’inoculum, du stock semencier ou des formes hivernantes...), et mise en oeuvre de toute pratique de contrôle non chimique efficace et acceptable dans un système de production donné. L’emploi des PPP ne devrait idéalement se faire qu’après la mise en oeuvre de ces moyens, pour « finir le travail » : l’idée est de réduire le risque de sélection de résistances en réduisant l’infestation sur laquelle on applique un PPP. Et bien entendu, il faut aussi diversifier à la fois dans l’espace et dans le temps la partie chimique du contrôle : alterner les modes d’action, et/ou utiliser des mélanges contenant des substances ayant des modes d’action différents, tout en se plaçant dans des conditions d’application qui permettront une efficacité maximale de l’application. La dose appliquée (pleine ou réduite) peut également fortement influencer l’évolution de la résistance. Au vu de la facilité d’emploi des PPP (« un pt’it coup de pulvé, et c’est plié »), ces recommandations peuvent sembler contraignantes. À court terme, il semble logique de privilégier la simplicité dans le contrôle des bio-agresseurs. Mais le contrôle des bio-agresseurs ne peut se raisonner que dans la durée et collectivement, en considérant l’efficacité des PPP comme un bien commun. En cas de généralisation de la résistance et sans efficacité pratique résiduelle du PPP concerné, il est souvent inutile de continuer à utiliser le PPP concerné. Le contrôle du bioagresseur résistant devra donc être recherché par d’autres méthodes, chimiques ou non. Une fois 43 la résistance établie, mettre en place des mesures de gestion est en général bien plus contraignant, moins efficace, voire plus coûteux, qu’utiliser une stratégie de prévention des résistances, surtout dans le contexte actuel de réduction de l’utilisation des intrants chimiques et de manque de nouveaux modes d’action

Does combining Forficula auricularia L. (Dermaptera: Forficulidae) with Harmonia axyridis Pallas (Coleoptera: Coccinellidae) enhance predation of rosy apple aphid, Dysaphis plantaginea Passerini (Hemiptera: Aphididae)?

International audienceA good knowledge of interactions between natural enemy species is necessary for effective implementation of biological control programmes. This laboratory study aimed at assessing the outcome of intraguild interactions between two generalist predators frequently observed in the colonies of the rosy apple aphid (RAA), Dysaphis plantaginea Passerini (Hemiptera: Aphididae). The level of complementarily between these two species was estimated by the comparison of their individual and combined predation on RAA. Predation by 1st (H1) to 4th (H4) instar larvae of Harmonia axyridis Pallas (Coleoptera: Coccinellidae) and 3rd (F3) and 4th (F4) instar nymphs of Forficula auricularia L. (Dermaptera: Forficulidae) was evaluated for 24 h in Petri dishes using seven different densities (5, 10, 25, 50, 75, 100 and 200) of 3rd instar nymphs of RAA. Both predator species were more voracious as their age increased. The satiation level, i.e. the highest number of consumed RAA, reached on average of 17.8, 36.3, 49.4, 79.6, 62.9 and 84.3 aphids per day for H1, H2, H3, H4, F3 and F4, respectively. In the combined treatments, there was little evidence of intraguild predation. Only 2.9% of H1 and H2 died or disappeared at low RAA densities ( 90%) of RAA. Our results point to the use of combinations of these two predator species, especially of their oldest instars, as promising aphidophagous candidates in early spring against RAA

Differentiating oriental fruit moth and codling moth (Lepidoptera: Tortricidae) larvae using near-infrared spectroscopy

Cydia pomonella (L.) and Cydia molesta (Busck) (Lepidoptera: Tortricidae) are two important lepidopteran pests that may co-occur in apple orchards and are difficult to differentiate in the larval stage. We investigate the possibility of using near-infrared spectroscopy (NIRS) coupled with partial least squares analysis to distinguish the larvae of the two species. We further assess whether wild individuals can be differentiated using laboratory strains of the two species for model calibration. The NIRS spectra of C. molesta and C. pomonella differed most in the wavelengths between 1,142 and 1,338 nm. Using these wavelengths, partial least squares analysis allowed the differentiation of C. molesta and C. pomonella at the larval stage with very low error, but only as long as both the calibration and prediction sets for individuals had the same origin (either both from the laboratory or both from the field). Errors that appeared when using laboratory individuals for calibration were owing to the divergence of the C. pomonella laboratory strain, most likely following evolution during rearing. Thus, NIRS appears to be a promising tool for the easy and rapid identification of individuals in the field, provided that it is calibrated based on a subset of field individual

Metabolic mechanisms and acetylcholinesterase sensitivity involved in tolerance to chlorpyrifos-ethyl in the earwig Forficula auricularia.

International audienceApple orchards are highly treated crops, in which organophosphorus (OP) are among the most heavily sprayed insecticides. These pesticides are toxic to non-target arthropods and their repeated use increases the risk of resistance. We studied mechanisms involved in tolerance and resistance to OP insecticides in the earwig Forficula auricularia, an effective generalist predator in pomefruit orchards. Adult earwigs were sampled in three apple orchards managed under contrasting strategies: conventional, Integrated Pest Management, and organic. The threshold activities of enzyme families involved in pesticides tolerance: Glutathione-S-transferases (GSTs) and Carboxylesterases (CbEs) were measured in earwig extracts. Acetylcholinesterase (AChE) was monitored as a toxicological endpoint. Variations in these activities were assessed prior to and after exposure to chlorpyrifos-ethyl at the normal application rate. We observed that the mortality of earwigs exposed to chlorpyrifos-ethyl depended on the management strategy of orchards. Significantly lower mortality was seen in individuals sampled from conventional orchard. The basal activities of CbEs and GSTs of collected organisms were higher in conventional orchard. After in vivo exposure, AChE activity appeared to be inhibited in surviving males with no difference between orchards. However an in vitro inhibition trial with chlorpyrifos-oxon showed that AChE from earwigs collected in organic and IPM orchards were more sensitive than from conventional ones. These observations support the hypothesis of a molecular target modification in AChE and highlight the possible role of CbEs in effective protection of AChE. Our findings suggest that the earwigs with a high historic level of insecticide exposure could acquire resistance to chlorpyrifos-ethyl

A single sex-linked dominant gene does not fully explain the codling moth's resistance to granulovirus

Background: In 2004, resistance to a commercial formulation of the Cydia pomonella granulovirus (CpGV) was identified in a field population of Cydia pomonella from an organic orchard in southern France. The genetic inheritance of this resistance was analysed in the resistant laboratory strain RGV. This strain was obtained using successive crosses between the resistant field population and a susceptible laboratory strain, SV, with selection for CpGV resistance at each generation. Results: After eight generations of introgression of the resistant trait into SV, the RGV-8 strain exhibited 7000-fold higher resistance than SV. Mass-crossing experiments showed that resistance to CpGV is strongly dominant, sex dependent and under the control of a single major gene. However, the contribution of other genes is required to explain all of the data obtained in this study. These additional genes do not follow the laws of classical Mendelian transmission. Conclusion: Transmission of granulovirus resistance in the RGV-8 strain of C. pomonella cannot be fully explained by the effect of a locus located on the Z chromosome. The action of other factors needs to be considered

Multiple origins of the sodium channel kdr mutations in codling moth populations.

Resistance to insecticides is one interesting example of a rapid current evolutionary change. DNA variability in the voltage-gated sodium channel gene (trans-membrane segments 5 and 6 in domain II) was investigated in order to estimate resistance evolution to pyrethroid in codling moth populations at the World level. DNA variation among 38 sequences revealed a unique kdr mutation (L1014F) involved in pyrethroid resistance in this gene region, which likely resulted from several convergent substitutions. The analysis of codling moth samples from 52 apple orchards in 19 countries using a simple PCR-RFLP confirmed that this kdr mutation is almost worldwide distributed. The proportions of kdr mutation were negatively correlated with the annual temperatures in the sampled regions. Homozygous kdr genotypes in the French apple orchards showed lower P450 cytochrome oxidase activities than other genotypes. The most plausible interpretation of the geographic distribution of kdr in codling moth populations is that it has both multiple independent origins and a spreading limited by low temperature and negative interaction with the presence of alternative resistance mechanisms to pyrethroid in the populations