Un gène prometteur pour contrer le pouvoir reproductif des pucerons

Dans un contexte de réduction d’usage des pesticides, la gestion des insectes nuisibles aux cultures oblige à rechercher sans cesse des stratégies de lutte innovantes. Chez le puceron du pois, la technologie de l’ARN interférence (RNAi) a permis d’inactiver le gène PAH (PhénylAlanine Hydroxylase), indispensable au développement embryonnaire de l’insecte.

Pucerons du pois Acyrthosiphon pisum (forme verte) sur féverole (Vicia faba). Fondatrice avec jeunes stades larvaires. Les yeux (points en rouge foncé) des embryons de la reproduction parthénogénétique sont visibles par transparence dans l’abdomen de la femelle.. © Inra, Federica Calevro

Intérêt de mieux connaître la biologie du puceron

Par leur comportement alimentaire phloémophage (ponction des nutriments du phloème) et leur capacité à propager des maladies virales, les pucerons sont des ravageurs importants, responsables d’énormes pertes agricoles par an. Leur caractère invasif tient à leur pouvoir de reproduction soit par voie sexuée soit par parthénogenèse (ce dernier permettant aux individus femelles d’engendrer une descendance de 80 femelles en quelques jours, sans qu'il y ait fécondation). Les stratégies de lutte contre les pucerons reposaient jusqu’ici sur l’usage massif d’insecticides, pour lesquels les insectes ont développé des résistances. La réglementation sur la réduction d’usage des produits chimiques a stimulé la découverte de méthodes alternatives, obligeant à mieux connaître la biologie de ces insectes. La disponibilité récente du génome du puceron du pois (Acyrthosiphon pisum) a conduit à faire de cette espèce un modèle pour la découverte de fonctions biologiques qui pourraient être ciblées par ces nouvelles approches.

Rôle physiologique de la phénylalanine hydroxylase chez les insectes

La phénylalanine hydroxylase est une enzyme importante, qui catalyse la conversion de la phénylalanine en tyrosine. Chez les insectes, cette enzyme est une composante essentielle du métabolisme de la pigmentation, impliquée notamment dans les changements de coloration cuticulaire et de sclérotisation qui permettent une reconstruction des structures internes pendant la métamorphose. Toutefois, son rôle dans le développement embryonnaire des insectes restait méconnu. Cette recherche a permis de caractériser pour la première fois, le rôle du gène PAH, codant la phénylalanine hydroxylase, dans la physiologie des insectes hémimétaboles (insectes ptérygotes dont les juvéniles ressemblent à l’adulte) et d’identifier la voie de biosynthèse de la tyrosine comme voie métabolique clef pour le développement parthénogénétique d’A. pisum.

PAH : un gène du métabolisme indispensable au développement embryonnaire du puceron

En inactivant ce gène par RNAi chez les femelles parthénogénétiques, les chercheurs ont réussi à réduire significativement la durée de vie et la fécondité des pucerons (près de 40 % de descendants en moins par femelle). D’autres effets délétères ont été également observés sur les nymphes nouvellement pondues, comme des défauts morphologiques majeurs : défauts cuticulaires, malformation des yeux, absence ou  altération des appendices tels les antennes, les pattes, le labium, et une réduction significative de taille. Par ailleurs, les nymphes touchées présentent une carence en tyrosine et une accumulation de son précurseur, la phénylalanine, confirmant la perturbation de l’activité du gène PAH par l’approche RNAi.

Ce résultat de recherche ouvre des perspectives prometteuses pour la protection des cultures. Le ciblage du gène PAH chez le puceron, par pulvérisation d’ARN interférents ou d’autres méthodes d’inhibition de ce gène (par exemple via l’utilisation d’inhibiteurs enzymatiques), permettrait d’éliminer la majorité de la population présente, d’altérer la fécondité des survivants et le développement de leurs descendances. La séquence du gène est suffisamment divergente pour cibler spécifiquement les pucerons et éviter les effets non désirables (off-target) sur d’autres organismes et notamment les insectes bénéfiques.

Un partenariat est en cours de développement avec la société Globachem (Sint-Truiden, Belgique) et le laboratoire VIB-KU (Belgique) pour mettre au point une méthode de protection des cultures via l’inactivation de PAH et d’autres gènes cibles.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Federica Calevro UMR0203 Biologie Fonctionnelle, Insectes et Interactions - BF2i - INRA/INSA de Lyon - INSA Lyon, 20 avenue Albert Einstein, 69621 VILLEURBANNE CEDEX
Département(s) associé(s) :
Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Auvergne - Rhône-Alpes

En savoir plus

  • Simonet P., Gaget K., Parisot N., Duport G., Rey M., Febvay G., Charles H., Callaerts P., Colella S., Calevro F. (2016) Disruption of phenylalanine hydroxylase reduces adult lifespan and fecundity, and impairs embryonic development in parthenogenetic pea aphids. Scientific Reports. 6, 34321; doi: 10.1038/ srep34321 (2016).
  • Sapountzis P., Duport G., Balmand S., Gaget K., Jaubert-Possamai S., Febvay G., Charles H., Rahbé Y., Colella S., Calevro F. (2014) New insight into the RNA interference response against cathepsin-L gene in the pea aphid, Acyrthosiphon pisum: Molting or gut phenotypes specifically induced by injection or feeding treatments. Insect Biochemistry and Molecular Biology doi: 10.1016/j.ibmb.2014.05.005.