La chenille qui brille: un outil de suivi en temps réel de la réponse immunitaire dans des populations de chenilles ravageuses // the glowworm: a transgenic tool for monitoring immune response to infections in pest insects populations

Topic description

Spodoptera frugiperda, ou légionnaire d'automne (FAW), est un lépidoptère ravageur d'importance mondiale, menaçant la sécurité alimentaire en s'attaquant à des cultures essentielles comme le maïs et le riz. Les stratégies de lutte biologique contre cet insecte reposent en partie sur l'utilisation d'ennemis naturels des insectes, notamment des micro-organismes pathogènes spécifiques comme les virus, les bactéries, les parasitoïdes ou encore les champignons. Or le succès de ces micro-organismes dépend également de leur confrontation au système immunitaire de l'insecte dont
la compréhension des mécanismes reste encore fragmentaire et dispersée dans la littérature, en ce qui concerne les ravageurs agricoles. Comprendre les paramètres de la réponse immunitaire, sa dynamique d'activation ainsi que son intensité permettrait de mieux prédire les conditions du succès ou de l'échec des micro-organismes à contrôler les populations de ravageurs. Or, chez les insectes, aucun symptôme visible ne permet de déterminer si la réponse immunitaire est activée. S'il existait un test simple de détection en temps réel de cette activation dans des populations de chenilles confrontées à des agents pathogènes, cet outil permettrait de mesurer l'intensité de la réaction dans une population, la cinétique de la réponse après infestation, le pourcentage d'individus infectés, la propagation du pathogène dans la population, bref, l'équivalent d'une étude épidémiologique, sur des insectes. L'étude de la variation de cette réponse en fonction du type de pathogène (ex: virus ou bactéries), des conditions d'élevage (densité de population, régime alimentaires, conditions climatiques…) et/ou des modes d'infection, nous donnerait des indications cruciales sur les modes d'applications optimaux des micro-organismes pathogènes en bio-contrôle.
L'objectif de cette thèse est de construire puis exploiter un tel outil de mesure épidémiologique dans une population de FAW de laboratoire. L'outil envisagé sera une lignée de chenilles transgéniques dans laquelle un gène rapporteur fluorescent sera mis sous dépendance d'un élément régulateur endogène de la réponse immunitaire. L'idée est que la chenille devient fluorescente dès que son système immunitaire est activé. En mésocosme illuminé aux Ultra-Violets, il sera ainsi possible d'identifier ces chenilles fluorescentes, de les suivre en temps réel et donc corréler le résultat de la pathogénèse avec leur statut immunitaire. En effet, selon les conditions, celui-ci pourra être un indicateur de survie ou au contraire que le pathogène est déjà actif dans l'animal.
Le projet de thèse se déclinera en trois volets intégratifs combinant des compétences en biologie moléculaire, en analyses génomiques et en écologie. Les analyses génomiques permettront de caractériser les réseaux de gènes immunitaires spécifiques des différents pathogènes étudiés à DGIMI ainsi que d'en identifier les éléments génomiques régulateurs. Les constructions de biologie moléculaire consisteront à créer les transgènes. Finalement des expériences en mésocosme, dans lequel les chenilles seront suivies en temps réel par une caméra, détermineront la cinétique de la réponse immunitaire dans différentes conditions d'infections. Les ressources et connaissances qu'apporteront cette thèse dans la compréhension du rôle écologique du système immunitaire et donc du contrôle de populations de ravageurs par des micro-organismes pathogènes permettront d'identifier de nouveaux leviers pour améliorer l'efficacité des agents de bio-contrôle.
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Spodoptera frugiperda, or fall armyworm (FAW), is a globally important lepidopteran pest that threatens food security by attacking essential crops such as maize and rice. Biological control strategies against this insect rely in part on the use of natural enemies of the insect, including specific pathogenic microorganisms such as viruses, bacteria, parasitoids, and fungi. However, the success of these microorganisms also depends on their interaction with the insect's immune system, the mechanisms of which remain fragmented and scattered in the literature, particularly with regard to agricultural pests. Understanding the parameters of the immune response, its activation dynamics, and its intensity would allow for better prediction of the conditions for the success or failure of microorganisms in controlling pest populations. However, in insects, no visible symptoms allow for determining whether the immune response is activated. If a simple, real-time test existed for detecting this activation in caterpillar populations exposed to pathogens, this tool would allow us to measure the intensity of the reaction within a population, the kinetics of the response after infestation, the percentage of infected individuals, the spread of the pathogen within the population—in short, the equivalent of an epidemiological study, but on insects. Studying the variation of this response according to the type of pathogen (e.g., virus or bacteria), rearing conditions (population density, diet, climatic conditions, etc.), and/or modes of infection would provide crucial information on the optimal application of pathogenic microorganisms in biocontrol.

The objective of this thesis is to develop and then implement such an epidemiological measurement tool in a laboratory population of FAW (Flora spp.). The proposed tool will be a transgenic caterpillar line in which a fluorescent reporter gene will be linked to an endogenous regulatory element of the immune response. The idea is that the caterpillar becomes fluorescent as soon as its immune system is activated. In a mesocosm illuminated with ultraviolet light, it will be possible to identify these fluorescent caterpillars, track them in real time, and thus correlate the outcome of pathogenesis with their immune status. Indeed, depending on the conditions, this status could be an indicator of survival or, conversely, that the pathogen is already active in the animal.
The PhD project will be divided into three integrative components combining expertise in molecular biology, genomic analysis, and ecology. The genomic analyses will allow us to characterize the immune gene networks specific to the different pathogens studied at DGIMI, as well as to identify their regulatory genomic elements. The molecular biology constructions will consist of creating the transgenes. Finally, mesocosm experiments, in which the caterpillars will be tracked in real time by a camera, will determine the kinetics of the immune response under different infection conditions. The resources and knowledge that this thesis will provide in understanding the ecological role of the immune system and therefore the control of pest populations by pathogenic microorganisms will make it possible to identify new levers to improve the effectiveness of bio-control agents.
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Début de la thèse : 01/10/
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