Sélection, plasticité et dérive façonnent les traits d’histoire de vie chez l’acarien ravageur de cultures Tetranychus urticae suite à un changement d'hôte

Selection, plasticity and drift shape the life history traits in the crop pest Tetranychus urticae after a host-plant shift

• Auteur / Autrice : Cassandra Marinosci
• Direction : Isabelle Olivieri, Sara Magalhães
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie, évolution, ressources génétique, paléobiologie
• Date : Soutenance le 06/07/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Olivieri, Sara Magalhães, Jacques Van Alphen, Maria Navajas, Jean-Christophe Simon, Margarida Matos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caractéristiques du cycle biologique

Tetranychus

Plantes-hôtes

Évolution (biologie)

Mots clés libres

Evolution expérimentale

Traits d'histoire de vie

Changement d'hôte

Tetranychus urticae

Experimental evolution

Life history traits

Host shift

Tetranychus urticae

Résumé

Les herbivores polyphages sont des généralistes capables d’exploiter une large gamme de plantes hôtes. Au cours des travaux de cette thèse en évolution expérimentale, nous étudions l’évolution de traits d’histoire de vie de différentes populations d’une espèce de ravageur de culture, l’acarien Tetranychus urticae, suite à la colonisation d’un même nouvel hôte, la tomate. Au cours des deux premiers chapitres, des mesures de traits d’histoire de vie ont été collectées depuis le stade œuf jusqu’à la mort des individus permettant de décrire finement le cycle de vie de cet acarien en réponse à l’exploitation de la tomate. Dans le chapitre 1, j’ai montré que la survie au stade juvénile était étroitement liée à des effets maternels. Notamment, les mères s’étant préalablement développées sur la plante de tomate conféraient à leurs descendants une meilleure survie juvénile sur cet hôte. Cependant, ces juvéniles quittaient davantage la plante une fois adulte et avaient une fécondité (pour les femelles) réduite. De plus, l’histoire évolutive des populations affectait la proportion de femelles produites par les mères améliorant potentiellement la démographie des populations. Dans le second chapitre, j’ai montré que plusieurs traits d’histoire de vie (survie juvénile, survie adulte mâle et fécondité) avaient évolué dans les populations exposées à la tomate depuis plusieurs générations à comparer des populations témoins ayant évolué sur haricot. Néanmoins, l’étude du succès reproducteur total des femelles intégrant l’effet de plusieurs traits de vie montre paradoxalement un signal clair d’adaptation au nouvel hôte seulement pour des populations ayant évolué sur cet hôte pendant environ 38 générations et non pour des populations ayant évolué sur cette plante hôte pendant environ 78 générations. L’étude de la diversité génétique, sur la base de marqueurs microsatellites, suggère que ces dernières populations ont souffert de goulots d’étranglement, ce qui pourrait avoir compromis leur adaptation. Pour finir, dans le chapitre 3, je teste si les populations nouvellement adaptées à la tomate sont plus tolérantes aux défenses de la plante, induites par l’attaque d’herbivores, ou bien si ces populations induisent différents niveaux de défense chez les plantes attaquées, affectant la performance des acariens qui les colonisent ultérieurement. Pour cela, des acariens ont été mis en ponte sur des plantes de tomates non pré-infestées, pré-infestées par des acariens adaptés à la tomate ou pré-infestées par des acariens non adaptés à cet hôte. Les populations adaptées à la tomate ont une fécondité plus forte sur cette plante, quel que soit le traitement de la plante, tandis que toutes les populations d’acariens voient leur mortalité augmenter sur les plantes pré-infestées par des acariens adaptés à la tomate. Mes résultats semblent indiquer que l’évolution sur tomate se manifeste par une plus grande capacité à tolérer les défenses de cette plante et une plus grande induction de ces défenses.Ainsi, mon étude décrit un continuum de réponses évolutives chez un polyphage allant de l’absence de détection d’adaptation, conduisant à l’extinction des populations, à la présence de réponses plastiques adaptatives, jusqu’au processus d’adaptation à la plante hôte via possiblement l’acquisition de la capacité à tolérer les défenses de la plante hôte. Ces travaux soulignent l’importance d’intégrer l’effet des variations contrastées de différents traits d’histoire de vie dans une mesure de valeur sélective afin de décrire l’adaptation à une nouvelle plante hôte. Des investigations futures en ce sens permettraient d’enrichir la littérature sur la persistance des herbivores suite à la colonisation de nouvelles plantes hôtes mais aussi d’affiner nos compétences en terme de contrôle d’espèces de ravageurs.

Polyphagous herbivores are generalists able to exploit a large range of host-plants. In this thesis, using experimental evolution, I study the evolution of life history traits in different populations of a crop pest, the spider mite Tetranychus urticae, after colonization of a new host, the tomato plant. In the first two chapters, measures of life history traits were collected from the egg stage to the death of individuals allowing the precise description of the life cycle of mites in response to the exploitation of tomato plants. As described chapter 1, I found that juvenile survival on the new host was influenced by maternal effects. In particular, mothers having developed on tomato had offspring surviving better on this host as juvenile. However, these juveniles left more often the plant as adults and had a reduced fecundity (for females). Moreover, the evolutionary history of populations affected the proportion of females produced by mothers, potentially enhancing demography of populations having previously evolved on this host. In chapter 2, I show that several life history traits (juvenile survival, male adult lifespan and fecundity) had evolved in all populations exposed to tomato for several generations relative to control populations evolving on bean. Nevertheless, the study of female lifetime reproductive success integrating the effect of several successive traits only showed, paradoxically, an adaptive signal for populations having evolved on this host for approximately 38 generations and not for populations having evolved on tomato for approximately 78 generations. The study of genetic diversity with microsatellite markers suggests that these latter populations may have suffered from bottlenecks, which could have compromised their adaptation. Finally, as shown chapter 3, I test whether populations newly adapted to tomato are more tolerant to the host-plant defenses, induced by herbivore attacks, and/or whether these populations differentially trigger the defences of damaged plants, affecting the performance of mites that subsequently colonize this host. For that purpose, I recorded the fecundity and mortality of female adult mites put on clean tomato plants, or on tomato plant pre-infested by tomato-adapted mites or by mites not adapted to this host. Populations adapted to tomato had a higher fecundity on this host irrespective of the plant treatment, while mortality increased for all populations on plants pre-infested with tomato-adapted mites. My results thus suggest that evolution on tomato leads to an increased capacity to tolerate host-plant defences and also to a higher induction of such defences. My studies describe a continuum of evolutionary responses in a polyphagous species from failure of adaptation, leading to the eventual extinction of populations, to the presence of adaptive plastic responses and finally to host-plant adaptation via the possible acquisition of higher tolerance to host-plant defenses. My work also underlines the relevance of integrating the effects of different life history traits with contrasted variations within a same fitness measure to describe host-plant adaptation. Further investigations in this direction should enrich our understanding of mechanisms of herbivore persistence on a new host-plant but also allow developing better crop pest management strategies.