Ravageurs des cultures Impact et moyens de lutte varaldi@biomserv.univ-lyon1.fr

Ravageurs des cultures: impacts et moyens de lutte I°)Introduction II°)Les ravageurs 1-Phytophatogènes A-Virus B-Bactéries 2-Les Nématodes A-des racines B-des parties aériennes 3-Les Insectes A-Biologie générale B-Reproduction C-Mue et métamorphose D-Système sensoriel E-Relation plantes-phytophages F-Causes de pullulation III°) Lutter contre les ravageurs 1-Les Pesticides A-Neurotoxiques 1-Modif des canaux ioniques 2-Modif des synapses B-Déreglement des mécanismes endocrines C-Déreglement de la synthèse de l’exosquelette D-Problèmes associés 2-Stratégies alternatives A-Action sur les plantes cultivées B-Action sur les pratiques culturales C-Action sur l’environnement cultural D-Action directe sur les ravageurs 1-Lutte Autocide 2-Action sur le comportement 3-Les auxiliaires de culture IV°)Vers une Lutte intégrée

Agriculture et démographie 852 millions (2000-2002): 815 P Développement 28 P en transition 9 P industriels (source: Food and Agriculture Organization (FAO)) Le passage d'une économie fondée sur la chasse, la pêche et la cueillette, à une économie agricole et d'élevage, c'est-à-dire où l'homme contribue de son propre chef à la reproduction de la biomasse et à la sélection des espèces, est communément appelé la révolution néolithique. 75 % des personnes sous alimentées en milieu rural : 84% ont des revenus dépendant de l’agricultre INED, Population et Sociétés, n° 394, juin 2003

Les ravageurs: les dégats... Agroecosystèmes: grande instabilité Pullulations de ravageurs Le coût des ravageurs : Les pertes : avant récolte après récolte Les coûts de la lutte Pertes extremement elevées, environ 30 à 40% du potentiel de production détruit par les ravageurs (FAO: SARD agroecology citant Glissman S 2007 Agroecology: the ecology of sustainable food systems. CRC press) ces dernieres annees , en dépit des traitements. Entre 20 et 40 %avant recolte (Riba) Entre 10 et 20% apres recolte

A qui la faute ? II°) Les ravageurs Mauvaises herbes Phytopathogènes (virus, B, champignons) Ravageurs (sens strict): Nématodes Arthropodes + Mollusques Vertébrés: oiseaux et mammifères

II-1. Phytopathogènes : A- les virus Structure: De 10nm à >1 m Capside Acide nucléique (ADN, ARN, sb ou db) Détournent la machinerie cellulaire Fort pouvoir infectieux Symptômes courants: Décoloration, enroulement feuilles nécroses, malformations, retard, flétrissement... tmv

panachure jaune du riz en Afrique (Rice yellow mottle virus) Mosaïque du tabac Tabac, Tomate, betterave, moutarde M du concombre M du haricot ... panachure jaune du riz en Afrique (Rice yellow mottle virus) Pox virus de la prune

Propagation des virus de plantes Transmission mécanique: Transplantation, manipulation humaine, Blessure ex: Virus Mosaïque Tabac Transmission par vecteur: def. (acariens, nématodes, insectes)

Les vecteurs de virus de plante Ng & Falk 2006 Ann. Rev. Phytopathol.44:183:212 94% des vecteurs sont des arthropodes 6% nematodes. 99% des arthropodes sont des insectes Thrips: Thysanoptera Ng & Falk 2006 Ann. Rev. Phytopathol. Exemples: TYLCV / Bemisia tabaci Rice yellow mottle virus / Coléoptères

Interactions Virus-Vecteur 2 modes de vection: -non persistant: -persistant: Ng & Falk 2006 Ann. Rev. Phytopathol.44:183:212

Interactions Virus-Vecteur CMV: cucumber mosaic virus. Cucumber mosaic virus (CMV) is a plant pathogenic virus [1] in the family Bromoviridae [2]. It is the type member of the plant virus [3] genus, Cucumovirus [4]. This virus has a worldwide distribution and a very wide host range [5]. In fact it has the reputation of having the widest host range of any known plant virus (191 hosts in 40 families [6]). It can be transmitted from plant to plant both mechanically by sap and by aphids in a stylet-borne fashion. It can also be transmitted in seeds and by the parasitic weeds, Cuscuta sp. (dodder). Potyvirus: The potyvirus group (named for its prototypical member, potato virus Y (PVY)) is the largest of the 34 plant virus groups and families currently recognised (Ward & Shukla, 1991). This group contains at least 180 definitive and possible members (30% of all known plant viruses) which cause significant losses in agricultural, pastural, horticultural and ornamental crops (Ward & Shukla, 1991). CaMV:Cauliflower mosaic virus (CaMV) is transmitted in a non-circulative manner by aphids following the helper strategy. Helper proteins P2 and P3 act as a bridge between virions and the aphid cuticle.

Virus persistant

Rôle des endosymbiotes Rouge: Portiera Bleu: Rickettsia A gauche: fluorescence seule A droite: superposé avec contraste de phase A: vers c deeloppement

II-1. Phytopathogènes :B-les bactéries Symptômes: Nécroses (Pseudomonas) Pourriture molle (Erwinia) Flétrissement ( Erwinia, Xylella) Prolifération anormale (Agrobacterium)

Ecologie des bacteries induisant des galles http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/transgenese/agrobacterium/agro.htm D’après Marie Weidner et Gilles Furelaud (Univ. Jussieu)

Manipulation de la physiologie de la plante http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/transgenese/agrobacterium/agro.htm D’après Marie Weidner et Gilles Furelaud

II-3. Les Insectes Extrême diversité Importance écologique Des sales bêtes ? Seuls 1% des espèces présentent des risques Mais fort potentiel de reproduction En France, 75 espèces considérées nuisibles sur les 50000 décrites (ACTA)

A-Biologie générale Arthropodes : exosquelette Cuticule composée de : Épicuticule Exocuticule endocuticule Imperméable à l ’eau Principale barrière des insecticides

Cuticule: barrière contre les agressions exterieures Couche cireuse imperméable soie

Pouvoir de reproduction élevé B-Reproduction Pouvoir de reproduction élevé Fécondité Survie pré-imaginale Sexe-ratio Proportion de femelle dans la descendance

B-Reproduction Majorité: sexuée à sexes séparés diploïdes Stockage sperme dans spermathèque Minorité: parthénogénèse arrhénotoque (surtout Hyménoptères) : Femelles diploïdes Mâles haploïdes thélytoque : disparition des mâles Cyclique: nombreux pucerons

C-Mues et métamorphoses Mécanismes neuro-endocrines 3 types d ’hormones: Neuropeptides L ’ecdysone Hormone juvénile:

Mécanismes endocrines cerveau PTTH Corps Allates Hormone Juvénile Glande prothoracique Ecdysone Larve-larve Larve-pupe pupe-adulte

D-Système sensoriel et comportement Système sensoriel perfectionné Intégration de nombreux stimuli Localisation de la nourriture Localisation des partenaires sexuels à longue distance Évitement des prédateurs ...

3 types d ’organes sensoriels photorecepteurs chemorecepteurs mécanorecepteurs

chémorécepteurs A gauche :Antennal sensilla of two female anopheline sibling species with differing host ranges (malaria journal)

Subst. Chimiques utilisées par les insectes : « semiochimiques » Inter-specifique (allélochimiques) Intra-specifique Phéromones -alarme -sexuelles -agrégation -territorialité … Allomones (bénéfice à l’émetteur) Ex: substances répulsives à l’égard des phytophages émises par certaines plantes (phénols, terpènes, alcaloides) Kairomones (bénéfice au receveur) Ex: Phéromones émises par une espèce utilisées par son parasitoïde Synomones (bénéfice aux deux) Ex: odeurs florales attirant les pollinisateurs

Les phéromones Produites par des glandes dérivées des cellules épidermiques. 5 types: Phéromones sexuelles Phéromones d ’agrégation Ex: Dendroctonus brevicornis Phéromones de dispersion Phéromones d ’alarme Ex: puceron Phéromone de marquage au sol

Communication sexuelle chez les teignes (ex:saturniid moths)

Très spécifiques !! Insect pheromones and ther use in pest management Howse, Stevens &Jones 1998.

Les subst. allélochimiques

E-Relation plantes-phytophages = La moitié des espèces d ’insectes interactions plante/insecte anciennes : Spécialisation des phytophages et adaptations réciproques (coévolution)

Spectre d ’utilisation de la plante Monophages Oligophages Polyphages

Spécialisation sur la plante hôte Défoliateurs Lymantria dispar Les mineuses Les perceurs de galeries Les suceurs de sève Les galligènes Les prédateurs de graines

F-Principales causes de pullulation des insectes Agro-EcoSystèmes: Homogénéité spatiale Faible diversité spécifique Conditions climatiques Intro accidentelle Phylloxera doryphore cochenille (Icerya purchasi) Cameraria ohridella

Merci Mr Trouvelot… Source: usda

1 History of Biological Invasions with Special Emphasis on the Old World (7.2MB) Francesco di Castri

Liriomyza trifolii Lymantria dispar Ostrinia nubilalis Ceratitis capitata

III. Lutter contre les ravageurs Comment diminuer le potentiel de nuisance d ’un ravageur ? Agir directement sur les individus pesticides Agir sur son environnement Par des pratiques agricoles adaptées Labour, rotation des cultures, destruction des résidus végétaux après récolte Par l ’utilisation de variété résistantes Par l ’utilisation des auxiliaires de culture

III.1. Moyens de lutte conventionnels: les pesticides Insecticides, nématicides, fongicides, herbicides, acaricides Moyen de lutte le plus utilisé Modes d ’action: A- système nerveux (neurotoxiques) Modification du fonctionnement des canaux ioniques membranaires des axones (Organochlorés, Pyréthrinoïdes) Modification du fonctionnement des synapses (Organophosphorés, Carbamates) B- Synthèse de l ’exosquelette tégumentaire C- Mécanismes endocrines

C- Dérèglement des Mécanismes endocrines cerveau PTTH Corps Allates Hormone Juvénile Glande prothoracique Ecdysone Larve-larve Larve-pupe pupe-adulte

Slama 1965: un heureux hasard… « It seems not unlikely that the hormonally active material may be effective in the selective destruction of at least certain of these pests, as well as any other insects which show the same hormonal sensitivities as Pyrrhocoris apterus. This possibility is worthy of attention because the active material is available on an unlimited scale in American newspapers and journals. »

D-Problèmes liés à l ’utilisation des pesticides Effets directs: Faible spécificité Vertébrés (dont homme) Ennemis naturels Effets indirects Concentration dans la chaîne alim. Résistances

A,C B Mécanismes moléculaires: -amplification génique -surexpression -changement de la séquence des enzymes impliquées dans la dégradation de l’insecticide

III. 2. Stratégies alternatives Lutte biologique: toutes les méthodes de lutte faisant appel à des mécanismes naturels de défense ou de régulation des populations Génie génétique Objectif: contrôler sans nécessairement éradiquer (seuil de nuisibilité)

A-Action sur les plantes cultivées Amélioration des plantes Résistance des plantes: ensemble des caractéristiques héritables d’une plante qui diminuent l’incidence d’un ravageur sur la qualité ou la quantité d’une récolte. Résistance: Niveau total ou partiel Résistance spécifique / non spécifique Déterminisme génétique: Gène Mi: résistance de la tomate au nématodes à galle du genre Méloidogyne. 1 gène. Résistance de la tomate au champignon Cladosporium fulvum implique plus de 20 gènes

Amélioration des plantes 3 alternatives: Limiter l’attaque de la plante par le ravageur Ex: sélection de poils sur les feuilles de tomates contre les pucerons Réduire la population de ravageur Production par la plante de substances toxiques Augmenter la tolérance de la plante

Comment obtenir de telles plantes ? - Sélection de combinaisons génétiques résistantes à partir des gènes présents dans les populations naturelles de la plante - Introduction artificielle de gènes par génie génétique: plantes transgéniques

- Sélection… Utilisation de la variabilité existante Ex:RYMV

Sélection artificielle: création de nouvelles lignées à partir de la variabilité génétique existante Variétés multilignées Croisements hybrides greffes

- Introduction artificielle… Introduction artificielle de gènes codant pour des protéines toxiques pour les insectes Gènes d’origine végétale Gènes d’origine microbienne

Gènes d’origine végétale Les lectines Rôle dans la reconnaissance cellulaire des plantes Mode d’action : agissent sur les cellules de l’épithélium de l’intestin moyen des insectes Les inhibiteurs de protéase Forment un complexe avec les protéases digestives des insectes, empêchant la libération de l’enzyme Pour les lectines voir : http://www.txfb.org/TexasAgriculture/2000/050500transgenic.htm

Gènes d’origine bactérienne La toxine bactérienne la + utilisée : delta endotoxine de Bacillus thuringiensis. Modification de la perméabilité membranaire = paralysie partielle Affecte le processus de respiration cellulaire : accroissement de l’absorption d’oxygène et blocage de la synthèse d’ATP Blocage de la prise alimentaire (25 min après ingestion)

Gènes d’origine virale Intégration d’un gène de capside de virus En cas d’infection par un virus proche, production d’heterocapsides Perturbe la transmission du virus Ex: RYMV (ORF2)

Mécanismes des transferts de gènes (dicotylédones) Transformation de cellules somatiques Utilisation de bactéries phytopathogènes (ex: Agrobacterium tumefaciens) Le gène codant pour la toxine est intégré dans le plasmide Ti responsable de l’induction de galles, a la place des gènes normalement integrés Transfert du plasmide d’intérêt à la bactérie pathogène débarrassée de ses gènes plasmidiques pathogènes Intégration du plasmide modifié dans le génome de la cellule végétale via infection naturelle Développement de la cellule végétale transformée

http://www. snv. jussieu http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/transgenese/agrobacterium/agro.htm D’après Marie Weidner et Gilles Furelaud

Mécanismes du transfert (suite) Pour les monocotylédones Biolistique : Bombarder les cellules végétales avec des billes de tungstène ou d’or enrobées d’ADN à transformer Électroporation Introduction d’ADN nu dans des protoplastes (cellules végétales débarrassées de leur paroi pectocellulosique)

Source:Rapport FAO Source : International service for the acquisition of agri-biotech applications.

Inconvénients des plantes transgéniques Problèmes de résistance Diffusion des transgènes dans les plantes sauvages: Par hybridation Par les virus Par les bactéries Par les champignons

B- Action directe sur les ravageurs des cultures 1- Lutte autocide Incompatibilité cytoplasmique Ex: Wolbachia

female Uninf. Inf. Uninf male Inf. Cytoplasmic incompatibility

Lacher de mâles infectés par Wolbachia (en cage à population) Ceratitis capitata Mouche méditerranéenne des fruits Rhagoletis cerasi mouche de la cerise Lacher de mâles infectés par Wolbachia (en cage à population)

Lâcher de mâles stériles Stérilité hybride Lâcher de mâles stériles Rayons X ou gamma : mutation dans les cellules germinales Ex: lutte contre la lucilie bouchère (Cochliomyzia hominivorax)

Sterile Insect Technique (SIT)

Ceratitis capitata

Bactrocera cucurbitae

Nouveaux développements: -fluorescence introduite dans les individus relachés: tracabilité -“release of insects with a dominant lethal mutation” (RIDL) technology: avec un complément alimentaire : reproduction OK sans le complément : stérilité -construction génétique permettant l’élimination de toutes les femelles avant le lâcher

1bis. La paratransgénèse

Rhodnius prolixus Trypanosoma cruzi Rhodococcus rhodnii cecropin http://www.cdc.gov/ncidod/eid/vol4no4/beard.htm CRUZIGARD cecropin http://www.cdc.gov/ncidod/eid/vol4no4/beard.htm

Mêmes approches actuellement à l’étude dans un contexte agronomique: Exemple: Ciccadelle vecteur de Xylella fastidiosa, agent de la maladie de Pierce sur vigne manipuler le Symbiote de l’insecte Alcaligenes xylosoxidans var. denitrificans Homalodisca virtipennis

2- Action sur le comportement La confusion sexuelle Carpocapse de la pomme (Cydia pomonella) 0,55 g / j / ha Pyrale du maïs 50 mg / j / ha Substances répulsives

Lymantria dispar

3- Les auxiliaires de culture Voir Irigaray, article PAPER; patents of macroorganisms in biocontrol 3- Les auxiliaires de culture Les microorganismes pathogènes Les virus Baculovirus Ex: virus de la polyhédrose nucléaire de Autographa californica (coléoptère) Les bactéries Principalement le genre Bacillus Les champignons Champignons entomopathogènes Beauveria Champignons nématocides Ex:Arthrobotrys Les bactéries symbiotique de Nematodes Steinernema / Xenorhabdus et Heterorhabditis / Photorhabdus

Les prédateurs Les insectes prédateurs Les acariens prédateurs La moitié appartiennent à l’ordre des Coléoptères : Ex: coccinelles / pucerons Ex: coccinelle (Rodolia cardinalis) / cochenille (Icerya purchasi) Ex: chrysopes en culture sous serre Les acariens prédateurs Ex: famille des Phytoseiides, prédateurs d’acariens (Tetranychus sp.) Harmonia axyridis, Chrysope, Tetranichus urticae

Les insectes parasitoïdes 10 à 25 % des insectes : Hyménoptères, Diptères, Coléoptères principalement Mode de vie intermédiaire entre la prédation et le parasitisme Seul les stades immatures sont parasites. Les adultes sont libres Parasitent les stades pré-imaginaux Le développement du parasitoïde finit par provoquer la mort de son hôte. Formidable diversité Encarsia formosa

Les différents modes de vie des parasitoïdes Stade attaqué Endo ou ecto parasites Solitaire / grégaire Spectres d’hôtes Reproduction : parthénogénèse arrhénotoque ou thélytoque Biparentale sexuée Ex: Encarsia formosa / aleurode Bemisia Ex: Trichogramma sp. / lépidoptères

Avantages Inconvénients Grande mobilité Comportement de recherche sophistiqués (apprentissage) Spécificité possible Inconvénients Coûts de production élevés Délai d’action assez long Incertitude de l’efficacité Main d’oeuvre

Gestion des auxiliaires Gestion des auxiliaires indigènes Introduction et acclimatation Ex: Tyroglyphus phylloxerae / Phylloxera Ex: puceron russe Diuraphis noxia. 23 espèces introduites entre 1988 et 92 Lâchers massifs Lâchers inoculatifs (préventif) Diglyphus isaea / Liriomyza trifolii Lâchers inondatifs (curatif) Trichogramma sp. / Lepidoptères Baculovirus / Mamestra brassicae

Efficacité / risques associés à l’utilisation des auxiliaires 3000 introductions (>1000 espèces) introduites pour contrôler 200 ravageurs 35 % : acclimatation réussie Dont 65 % ont eu une incidence économique significative Problème de spécificité, espèces non cibles

IV. Vers une lutte intégrée… Utilisation optimale de toutes les méthodes de lutte (chimique, biologique) assurant une protection efficace des cultures et limitant autant que possible l’utilisation des produits chimiques. Gestion raisonnée des AES