De nouvelles connaissances sur les réponses métaboliques induites par l'ingestion de défensines végétales chez l'insecte nuisible polyphage Helicoverpa armigera

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3151 (2023) Citer cet article

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L'insecte ravageur lépidoptère Helicoverpa armigera est l'un des ravageurs les plus destructeurs des plantes cultivées et plusieurs approches biotechnologiques sont en cours de développement pour son contrôle. Les défensines végétales sont de petits peptides cationiques et riches en cystéine qui jouent un rôle dans la défense des plantes. L'ingestion d'une défensine de Capsicum annuum (CanDef-20) a induit une réduction dose-dépendante de la masse des larves et des pupes, un retard de la métamorphose et également une fécondité et une fertilité sévèrement réduites chez H. armigera. Pour comprendre les mécanismes moléculaires de l'antibiose médiée par l'ingestion de CanDef-20 chez les larves de H. armigera, une analyse transcriptomique comparative a été réalisée. La régulation négative prédominante des GO représente les endopeptidases de type sérine, les constituants structurels des ribosomes et les composants membranaires intégraux, ainsi qu'une régulation positive différentielle de la liaison de l'ATP, du noyau et de la traduction, tandis qu'une régulation positive de la liaison de l'acide nucléique représentée par des éléments transposables a été détectée. Différentes isoformes de lipase, sérine endopeptidase, glutathion S-transférase, cadhérine, phosphatase alcaline et aminopeptidases se sont révélées régulées positivement en réponse compensatoire à l'ingestion de CanDef-20. Les tests enzymatiques in vitro et l'analyse qPCR de certains gènes représentatifs associés à des processus cellulaires vitaux tels que la métamorphose, la digestion des aliments et la membrane intestinale ont indiqué des régulations différentielles adaptatives chez les larves de H. armigera nourries avec CanDef-20. Nous concluons que l'ingestion de CanDef-20 affecte le métabolisme des insectes de plusieurs manières par son interaction avec la membrane cellulaire, les enzymes, les protéines cytoplasmiques et le déclenchement de la mobilisation des transposons qui sont liés au retard de croissance et aux stratégies d'adaptation chez H. armigera.

Les insectes nuisibles entraînent des pertes de rendement substantielles sur les plantes cultivées, soit par dommages directs, soit par propagation de maladies. Parmi les insectes nuisibles qui menacent et attaquent les plantes cultivées, Helicoverpa armigera est polyphage et le plus dévastateur1. Des mesures de contrôle telles que l'utilisation de divers pesticides et des approches basées sur des cultures transgéniques ont été utilisées à l'échelle mondiale, bien que H. armigera développe une résistance2, conduisant à l'échec de ces méthodes nécessitant le développement de nouvelles approches biologiques pour une lutte durable et respectueuse de l'environnement contre les ravageurs.

Les insectes polyphages ont développé de multiples mécanismes de résistance comme la production de glutathion S-transférase, de glucose oxydase, la surexpression de protéase insensible et de mono-oxygénase du cytochrome P450 pour faire face aux défenses des plantes3. Les mécanismes moléculaires de résistance des transgéniques Bt ont été étudiés ces dernières années. La mutation de la cadhérine et du gène du transporteur ABCC2 présents dans l'épithélium de la bordure en brosse de H. armigera et H. virescens a entraîné une résistance à la toxine Bt4. En plus de cela, l’expression altérée de la phosphatase alcaline (ALP)5, de l’aminopeptidase N (APN)6 et les événements régulateurs de la protéine kinase activée par un mitogène (MAPK)7 étaient les mécanismes de résistance utilisés par les insectes lépidoptères contre la toxine Bt. Ces études mettent en évidence une diversité et une plasticité notables dans le métabolisme des insectes pour contrer les défenses des plantes.

Les plantes ont développé des réseaux de régulation sophistiqués pour présenter des réponses de défense constitutives et induites contre les attaques des herbivores3. L'induction des voies du jasmonate (JA) et de l'acide salicylique (SA)4 suivies par la production de métabolites secondaires, d'inhibiteurs de protéinases (IP)5 et de peptides antimicrobiens (AMP) déterminent une réponse de défense spécifique aux ravageurs des plantes. L’effet des AMP sur les insectes n’est pas clairement compris, et on sait qu’il existe une probabilité beaucoup plus faible de générer une résistance aux AMP chez les bactéries qu’aux antibiotiques8. Par conséquent, l’étude du mécanisme de contre-défense des insectes contre les molécules de défense des plantes comme les peptides de défensine nous aidera à pyramider les molécules de défense pour une meilleure lutte contre les insectes nuisibles9.