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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Axis 1. Characterization et evolution of biodiversity

Nos recherches visent à caractériser la diversité et l’écologie des arthropodes terrestres et à comprendre leur trajectoire évolutive (adaptation à l’environnement, diversification).

Animatrice : Emmanuelle Jousselin

Contexte : Avec plus d’un million d’espèces décrites, les arthropodes terrestres constituent à eux seuls plus du quart des organismes macroscopiques connus. Ils jouent donc un rôle fondamental dans le fonctionnement des écosystèmes terrestres. Dans les agroécosystèmes, les insectes peuvent représenter des menaces (ravageurs de cultures, vecteurs d’agents phytopathogènes) mais ils peuvent également avoir un impact positif (prédation et parasitisme des ravageurs, pollinisation).

Nous assistons actuellement à un effondrement global et massif des populations d’insectes, à la fois en termes de biomasse et de diversité qui se traduit par une diminution des services écosystémiques rendus par les insectes. En parallèle, il existe un accroissement des problèmes liés aux insectes ravageurs et à l’introduction non-intentionnelle d’espèces envahissantes. Dans ce contexte, il est impératif d’être capable d’identifier rapidement des bioagresseurs ou des auxiliaires, de détecter précocement des espèces invasives, de caractériser les réseaux d’interactions interspécifiques dans lesquels ces organismes sont impliqués et de comprendre les facteurs biotiques (ex : plantes hôtes, organismes associés et compétiteurs) et abiotiques (climat, paysages) qui favorisent leur établissement dans les écosystèmes. L’étude de la dynamique de cette biodiversité sur de plus larges échelles de temps apporte également des éléments clés pour comprendre les facteurs qui expliquent sa distribution actuelle. L’ensemble de cette connaissance est nécessaire pour mieux anticiper et gérer les crises phytosanitaires actuelles et futures.

Nos recherches se déclinent selon trois grands volets :

 1. Systématique, phylogénomique et macroévolution

Une partie importante de nos recherches portent sur la systématique et la phylogénomique des arthropodes. En définissant et en nommant les taxons (espèces, genres, familles), la systématique permet d’établir un lien entre toutes les connaissances qui y sont associées, la systématique est donc fondamentale à toute étude en Écologie et en Évolution. Les études en systématique au CBGP agrègent des données diverses (issues d’études morphologiques, biologiques, écologiques, génétiques et génomiques), afin de tester de façon rigoureuse des hypothèses relatives à la probabilité d’existence d’espèces, d’en décrire les caractéristiques biologiques et éléments diagnostiques et de fournir des outils d’identification. Adossées à des études phylogénétiques qui décrivent les relations de parentés entre espèces, elles permettent : 1) de mener des révisions taxonomiques; 2) de déployer des analyses macroévolutives (par exemple des reconstructions de caractères ancestraux, des études de biogéographie historique, des analyses de diversification). Ces dernières permettent d’étudier la trajectoire évolutive de certaines lignées (ex : évolution des régimes alimentaires des insectes, évolution de leurs aires de distribution) et de mettre en évidence les facteurs influençant la dynamique de la biodiversité. L’histoire des associations avec les plantes hôtes chez les insectes phytophages et l’influence de ces associations sur les processus de spéciation constituent par exemple des questions de recherche communes à plusieurs programmes de recherche en macroévolution conduits au CBGP.

Ces recherches s’appuient sur une forte expertise en taxonomie sur différents groupes d’importance agronomiques (acariens, coléoptères, punaises, pucerons, hyménoptères chalcidiens, noctuelles, Thysanoptères entre autres) et une maitrise  des technologiques de séquençage haut-débit qui sont intégrées aux programmes de barcoding et aux approches de phylogénomique.. Nos recherches s’appuient également sur une collection de plus d’un million de spécimens. Celle-ci représente la 1ère collection européenne de ravageurs des cultures.

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2. Caractérisation et évolution des interactions biotiques

Nos recherches s’intéressent également à l’étude des interactions biotiques dans lesquelles les arthropodes sont engagés et à la compréhension des facteurs d’évolution de ces interactions.

En utilisant des approches de métabarcoding sur des échantillons d’ADN récoltés, par exemple, à partir des pièces buccales ou des intestins d’arthropodes, ou encore de pièges à insectes, nos recherches permettent de décrire des réseaux trophiques (plantes-arthropodes phytophages-arthropodes prédateurs ou parasitoïdes-microorganismes associés) et d’identifier l’ensemble des vecteurs arthropodes d’un agent pathogène ou bien des assemblages de microorganismes symbiotiques ou pathogènes d’un ravageur. En comparant plusieurs environnements contrastés (par exemple, des parcelles gérées de manières différentes), elles permettent de mettre en évidence les facteurs expliquant les variations dans ces réseaux d’associations biotiques. Ainsi des travaux sont actuellement menés sur les réseaux d’interactions plantes–insectes vecteurs Xylella fastidiosa afin de caractériser les environnements favorisant la propagation de la maladie. Des programmes sur des agrosystèmes méditerranées (ex : vignes) et africains sont également en cours pour déterminer les stratégies de gestion agricoles les mieux adaptées à une régulation naturelle des populations de ravageurs.

 Sur certains systèmes d’étude, pouvant être maintenus en élevage (par exemple les acariens et les thrips), des approches expérimentales en conditions contrôlées (en chambres climatiques) permettent de valider les inférences de ces approches empiriques. Ces approches permettent d’appréhender plus finement les mécanismes de régulation dans les communautés d’arthropodes. L’ensemble de ces travaux ont des fortes implications pour l’élaboration de stratégies de biocontrôle.

Des approches phylogénétiques sont elles aussi employées permettent quant à elle de comparer les histoires évolutives des lignées en interactions durables (ex : parasitoïdes et insectes hôtes, insectes et bactéries endosymbiotiques). Ces comparaisons permettent de tester si ces associations sont stables sur de larges échelles de temps ou si au contraire elles sont caractérisées par des sauts récurrents. Ces approches sont également importantes pour mieux comprendre l’évolution du régime alimentaire des insectes et révéler de nouveaux agents de lutte biologique.

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3. Étude de la distribution de la biodiversité sur des échelles de temps courtes

Une partie de nos recherches comporte des approches statistiques menées sur des relevés faunistiques, floristiques mais également des données climatiques, dont le but est de mieux comprendre la distribution de la biodiversité des arthropodes et in-fine prédire son évolution sur des échelles de de temps courtes et à des échelles spatiales variées (pays, régions, parcelles). Par exemple, des analyses spatialisées de la diversité spécifique et fonctionnelle dans des communautés de coléoptères et de plantes (à l’interface entre milieux sauvage et cultivé) sont actuellement menées pour évaluer l’effet des pratiques agricoles sur cette diversité.

Des approches de modélisation des niches écologique sur plusieurs systèmes d’études sont également développées afin de prédire l’évolution de la distribution des bioagresseurs à des échelles régionales ou globales en réponse au changement climatique et/ou au changement d’occupation des terres.

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