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L'évolution des mouches du vinaigre est basée sur la variation des phéromones sexuelles mâles


En analysant les génomes de 99 espèces de mouches du vinaigre et en évaluant leurs profils d'odeurs chimiques et leurs comportements sexuels, des chercheurs de l'Institut Max Planck d'écologie chimique montrent que les phéromones sexuelles et les canaux olfactifs correspondants dans le cerveau des insectes évoluent rapidement et indépendamment. Les mouches femelles sont capables de reconnaître les mâles conspécifiques grâce à leurs profils olfactifs spécifiques. Fait intéressant, les espèces étroitement apparentées présentent des différences distinctes dans les profils d'odeur, ce qui aide à empêcher l'accouplement entre différentes espèces. Les mâles, à leur tour, marquent chimiquement les femelles pendant l'accouplement afin qu'elles deviennent moins attrayantes pour les autres mâles. Les résultats de cette étude sont une base précieuse pour comprendre comment la production de phéromones, leur notion et leur traitement dans le cerveau, et finalement le comportement qui en résulte, entraînent l'évolution de nouvelles espèces.

Une famille nombreuse avec des dad and mom extravagants

Comme chez la plupart des animaux, le choix du partenaire chez les mouches du vinaigre est principalement basé sur des signaux chimiques. Il y a plusieurs raisons pour lesquelles le style Drosophila est idéalement adapté pour étudier l'évolution et la diversité des phéromones sexuelles. Les as well as de 1 500 espèces connues de mouches du vinaigre se trouvent partout dans le monde dans une grande variété d'habitats différents : dans les déserts, les forêts tropicales, les grottes, les marécages ou les montagnes. Souvent, les fruits pourris et les levures responsables de la fermentation sont la principale source de nourriture. Certaines espèces se nourrissent également de fruits frais, de champignons, d'écorce d'arbre, de fleurs, de boue bactérienne ou de frai de grenouille. Chez de nombreuses espèces, en particulier chez l'organisme modèle Drosophila melanogaster, le traitement de l'information olfactive dans le cerveau a déjà été bien décrit. Les récepteurs des phéromones sexuelles sont réglés avec précision pour détecter l'odeur du partenaire d'accouplement conspécifique.

Dans une nouvelle étude publiée maintenant dans Character Communications, des chercheurs dirigés par Mohammed Khallaf et Markus Knaden ont étudié l'évolution des phéromones sexuelles chez 99 espèces différentes du style Drosophila. "Nous avons identifié les phéromones sexuelles et les canaux olfactifs correspondants dans le système olfactif des mouches pour explorer l'évolution de la signalisation des phéromones en ce qui concerne les relations phylogénétiques", a déclaré Mohammed Khallaf, leading auteur de l'étude. 41 des espèces étudiées avaient déjà été entièrement séquencées. En séquençant les génomes entiers de 58 autres espèces, les scientifiques ont présenté l'analyse phylogénétique la as well as complète du style Drosophila à ce jour.

En utilisant les données génomiques, il a été attainable de comparer génétiquement les différences dans les profils chimiques ainsi que les différences dans la détection et le traitement des odeurs. Les chercheurs ont collecté les odeurs de mouches individuelles : cinq mâles, vierges et femelles accouplées de chaque espèce, résultant en des odeurs de plus de 1500 mouches au whole, ont été analysés. "Alors que la comparaison des mouches mâles et femelles vierges nous informait sur les différences spécifiques au sexe, les variants entre les femelles accouplées et vierges nous informaient sur les composés spécifiques aux mâles transférés aux femelles pendant l'accouplement", Markus Knaden, chef du groupe de projet Comportement guidé par les odeurs dans le département de neuroéthologie évolutive, résumé.

La différence réside dans le détail

Dans les 99 espèces de mouches étudiées, 52 composés odorants différents ont été identifiés. Chez 81 espèces, les scientifiques ont trouvé des phéromones qui ne sont produites que par les mouches mâles. Parmi ces espèces, les mâles produisent 58 mélanges d'odeurs différentes, qui peuvent comprendre jusqu'à sept odeurs individuelles. Alors que les mâles attirent l'attention avec une chimie sophistiquée, ce sont finalement les femelles qui décident si l'accouplement a lieu ou non. "Les espèces étroitement apparentées présentent souvent des différences claires dans leur profil de phéromone. Dans le même temps, des phéromones individuelles apparaissent encore et encore le extensive de l'arbre phylogénétique. Par exemple, les mâles de 34 des 99 espèces étudiées produisent du cis-vaccényl-acétate (cVA ), une phéromone de Drosophila melanogaster bien décrite. La plupart des phéromones dérivées des mâles remplissent les mêmes fonctions  : premièrement, elles attirent les femelles et deuxièmement, elles sont transférées aux femelles pendant l'accouplement pour les rendre moins odorantes pour les autres mâles. Cela garantit la succès de replica des mâles », a déclaré Markus Knaden.

Les différences significatives dans le profil des phéromones des mâles d'espèces étroitement apparentées suggèrent que la pression de sélection pour empêcher l'accouplement entre ces espèces qui ont évolué à partir d'un ancêtre commun est élevée. D'autre component, le fait que jusqu'à 34 espèces produisent de l'acétate de cis-vaccényle en tant que phéromone sexuelle montre qu'il ne peut y avoir qu'un nombre limité de gènes responsables de la creation de phéromones. Tant qu'il n'y a pas de pression pour marquer une différence d'un level de vue évolutif, différentes espèces produisent la même phéromone.

Une observation clé est que c'est principalement la mouche mâle du genre Drosophila qui est l'émetteur du sign chimique, tandis que les femelles, en tant que récepteurs, reconnaissent et interprètent le signal. « La diversité et l'abondance des composés spécifiques aux mâles par rapport aux femelles sont étonnantes  : sur les 52 composés odorants différents, 43 sont produits exclusivement par des mâles, tandis que seulement 9 sont produits par des femelles. De additionally, 81 espèces de drosophiles communiquent via des phéromones mâles, tandis que seules 15 espèces ont des phéromones spécifiquement femelles », a déclaré Mohammed Khallaf.

De l'odeur au comportement

L'étude est la première analyse complète des comportements d'accouplement d'un grand nombre d'espèces de drosophiles. "Pendant que nous faisions des expériences d'accouplement, nous pouvions déjà observer que certaines espèces montraient des comportements très spécifiques. Certaines d'entre elles étaient motivées par l'olfaction et ne commençaient leur danse d'accouplement que lorsque le partenaire avait la bonne odeur. Parfois, cependant, le motif de l'aile droite ou le chant du mâle a également déclenché le comportement d'accouplement de la femelle », Bill Hansson, qui dirige le département de neuroéthologie évolutive où l'étude a été réalisée, a décrit les observations dans l'arène d'accouplement. Vraisemblablement, les phéromones sexuelles jouent un rôle essential en tant que premier indice pour identifier le bon partenaire avant l'accouplement. Une fois qu'une femelle a été attirée et est prête à s'accoupler, d'autres rituels d'accouplement peuvent également être initiés, notamment la danse, le cadeau nuptial ou le chant. Les chercheurs évalueront davantage les expériences d'accouplement enregistrées pour de futures études et espèrent que ces matériaux motiveront d'autres groupes de recherche à examiner de moreover près les stratégies d'accouplement de différents drosophiles également.

250 Go de données brutes, y compris les séquences du génome (66 espèces), les films d'accouplement (1467 enregistrements), les profils chimiques des mâles vierges et des femelles vierges et accouplées (moreover de 1 500 répétitions cinq répétitions ou moreover de chaque sexe dans les 99 espèces), et d'autres données supplémentaires sont disponibles ici : https://dx.doi.org/10.17617/3.5w