Les champignons symbiotiques transforment les terpènes de la résine d’épinette en attractifs pour les scolytes : lors de la métabolisation de l’écorce d’épinette, les partenaires fongiques de l’insecte libèrent des composés volatils que les scolytes reconnaissent grâce à des neurones sensoriels olfactifs spécialisés.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue PLOS Biologie, une équipe de recherche internationale dirigée par les chercheurs de l’Institut Max Planck d’écologie chimique démontre que le scolyte européen de l’épinette L’imprimeur lui-même utilise des métabolites fongiques volatils de substances de défense des plantes comme signaux chimiques importants dans leur attaque sur les épinettes. Les chercheurs montrent également que les insectes possèdent des neurones sensoriels olfactifs spécialisés pour détecter ces composés volatils. Les métabolites fongiques fournissent probablement des indices importants aux coléoptères sur la présence de champignons bénéfiques, l’état de défense des arbres et la densité de population de leurs congénères. L’étude met en évidence l’importance de la communication chimique dans le maintien de la symbiose entre les scolytes et leurs partenaires fongiques.

Les épidémies massives de scolytes observées ces dernières années ont causé des dommages forestiers choquants dans toute l’Allemagne. Comme l’a rapporté l’Office fédéral de la statistique en juillet 2022, plus de 80 % des arbres qui ont dû être abattus l’année précédente ont été endommagés par des insectes. Plus de 40 millions de mètres cubes ont été abattus à cause des dégâts causés par les insectes. L’un des principaux ravageurs est le dendroctone européen de l’épinette L’imprimeur lui-même. Dans la forêt de Thuringe et les montagnes du Harz, par exemple, le coléoptère, qui ne mesure que quelques millimètres de long, a rencontré des monocultures d’épicéas déjà fragilisées par des températures élevées et des périodes de sécheresse prolongées, ce qui a facilité la propagation du ravageur et conduit à la mort d’immenses peuplements forestiers en peu de temps.

Les chercheurs savent déjà que la communication chimique joue un rôle important dans les attaques massives de scolytes. Les coléoptères choisissent d’abord un arbre approprié, puis émettent des phéromones dites d’agrégation. Ces phéromones attirent les congénères à proximité pour se joindre à une attaque de masse qui surmonte les défenses de l’arbre. Les épicéas dont les défenses sont déjà affaiblies par les stress sont plus facilement vaincus.

Les scolytes aiment l’odeur de leurs champignons symbiotiques

Les scolytes de l’épinette ont besoin d’alliés fongiques pour se reproduire avec succès dans les arbres. Les champignons sont des ectosymbiontes, des partenaires symbiotiques qui vivent en dehors des coléoptères. Chaque nouvelle génération de coléoptères doit trouver ses champignons symbiotiques et les transporter vers un nouvel arbre hôte.

Dans une nouvelle étude, une équipe de recherche internationale dirigée par Dineshkumar Kandasamy (maintenant à l’Université de Lund, en Suède) et Jonathan Gershenzon de l’Institut Max Planck d’écologie chimique à Jena, en Allemagne, rapporte que le dendroctone européen de l’épinette peut trouver ses partenaires fongiques sur la base sur les composés chimiques volatils que les champignons libèrent lorsqu’ils dégradent les composants de la résine d’épinette. « Nous avions déjà pu montrer que les scolytes sont attirés par leurs associés fongiques lorsque ceux-ci sont cultivés sur un milieu de croissance fongique standard. Maintenant, nous voulions savoir ce qui se passerait si nous faisions pousser des champignons sur un milieu plus naturel avec de la poudre d’écorce d’épinette ajoutée. Les coléoptères seraient-ils attirés par les champignons maintenant ? Si oui, quels composés chimiques seraient responsables de l’attraction et quelle est l’origine de ces produits chimiques ? » dit le premier auteur Dineshkumar Kandasamy, expliquant les questions initiales de l’étude.

Les champignons convertissent les défenses chimiques de l’épicéa en attractifs pour les coléoptères

Les scolytes européens de l’épinette sont associés à des partenaires fongiques de différents genres. Le champignon Grosmannia penicillata poussent particulièrement bien sur le milieu d’écorce d’épinette et produisent des composés plus volatils que la plupart des autres champignons testés. Les chercheurs ont donc concentré leurs recherches sur ce champignon. Les chercheurs ont mis en place des arènes expérimentales spéciales où ils ont pu tester si les coléoptères étaient attirés par les composés volatils émis par les champignons.

« Nous avons d’abord constaté que les scolytes européens de l’épinette sont attirés par les substances volatiles émises par leurs champignons associés lorsque les champignons poussent sur un milieu contenant de la poudre d’écorce d’épinette. Cependant, nous avons également montré que les champignons peuvent transformer les composés terpéniques de la résine d’épinette en leurs dérivés oxygénés et que certains de ces métabolites produits par les champignons sont particulièrement attractifs pour les scolytes. La conclusion générale est que ces composés volatils servent de signaux chimiques qui maintiennent la symbiose entre les scolytes et leurs champignons associés », explique Dineshkumar Kandasamy.

Les chercheurs ont découvert que les champignons pathogènes, qui sont nocifs pour les coléoptères, peuvent également métaboliser les composés de résine d’épinette. Cependant, contrairement aux métabolites des champignons symbiotiques, les dérivés résultants ne sont pas attractifs pour les scolytes. Les scolytes peuvent donc utiliser leur odorat pour distinguer si les champignons présents dans l’arbre sont bons ou mauvais pour eux. Les scientifiques ont été particulièrement surpris lorsque les observations comportementales ont révélé que les partenaires fongiques attiraient non seulement les coléoptères, mais les stimulaient également à créer des tunnels.

Les scolytes ont des cellules sensorielles olfactives dans leurs antennes réglées pour détecter les composés volatils du métabolisme fongique

Une autre preuve que les métabolites fongiques rendent les épinettes déjà infestées de champignons encore plus attrayantes pour les scolytes a été fournie par des études électrophysiologiques de la perception de ces odeurs par les scolytes. Cela impliquait de tester la réponse des sensilles olfactives individuelles sur les antennes du coléoptère à différentes odeurs. Les chercheurs ont pu montrer que les scolytes possèdent certains neurones sensoriels olfactifs logés dans les sensilles et spécialisés dans la détection des monoterpènes oxygénés émis par les champignons.

« En augmentant l’attraction des scolytes vers des arbres particuliers, les substances volatiles du champignon pourraient augmenter l’intensité et le succès des attaques de masse. Les champignons peuvent aider à tuer l’arbre hôte, à surmonter ses défenses, à fournir des nutriments aux coléoptères ou à les protéger des agents pathogènes. La capacité du champignon pour métaboliser les composants de la résine qui sont à l’origine produits par l’arbre comme moyen de défense pourrait indiquer quels champignons sont virulents et pourraient servir de bons partenaires pour le coléoptère », explique Jonathan Gershenzon.

Les résultats de cette nouvelle étude pourraient contribuer à améliorer le contrôle des épidémies de scolytes. L’une des stratégies les plus largement utilisées dans la lutte contre ces ravageurs sont les pièges à phéromones, mais ceux-ci n’ont pas été efficaces pour prévenir les récentes épidémies. Par conséquent, les chercheurs testent maintenant si ces pièges à odeurs peuvent être optimisés en ajoutant des monoterpènes oxygénés issus du métabolisme fongique. Un objectif important pour l’équipe de recherche est d’en savoir plus sur le métabolisme des composés de résine d’épinette dans les champignons et de déterminer s’il peut s’agir d’une réaction de détoxification pour le champignon ou pour le coléoptère.

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