Les chenilles qui se nourrissent de feuilles de maïs utilisent leurs excréments pour inciter la plante à désactiver ses défenses, ce qui leur permet de manger plus et de croître plus rapidement.

La découverte est une révélation de plus sur la myriade de signaux chimiques qui passent entre les plantes et les insectes, disent les scientifiques.

Les plantes sont sous la menace constante d’attaques d’insectes herbivores. On sait que près de 400 000 espèces d’insectes mangeurs de plantes vivent sur 300 000 espèces de plantes.

Lorsque ces herbivores se nourrissent de plantes, ils causent non seulement des dommages mécaniques, mais laissent souvent derrière eux des substances qui manipulent la réponse de la plante à l’herbivore. Les substances sont analogues aux composés microbiens associés qui affectent les réponses des plantes aux champignons ou bactéries pathogènes.

Les larves de légionnaires automnales se nourrissent voracement de feuilles dans les verticilles confinés des plants de maïs et défèquent nécessairement à proximité dans les crevasses où les feuilles rencontrent les tiges. De grandes quantités de matières fécales ou de « frass » s’accumulent dans ces structures et peuvent y rester pendant de longues périodes.

« Il serait désavantageux pour l’insecte de déposer des indices qui pourraient améliorer les défenses des plantes contre lui, nous avons donc étudié quels composés chimiques dans le frass signalaient la plante », explique Dawn Luthe, professeur de biologie du stress végétal à Penn State.

Défense contre les agents pathogènes ou les insectes

« Il s’avère que la chenille frass trompe la plante pour qu’elle détecte qu’elle est attaquée par des agents pathogènes fongiques et monte une défense contre eux, supprimant ainsi les défenses de la plante contre les herbivores.

« Les plantes ne peuvent pas se défendre simultanément contre les agents pathogènes et les insectes attaquants — elles doivent passer soit par leur voie de défense contre les herbivores, soit par leur voie de défense contre les agents pathogènes. »

Les résultats, publiés dans le Journal of Chemical Ecology, peuvent conduire à l’isolement de composants spécifiques du frass qui peuvent être incorporés dans un composé à pulvériser sur les cultures, explique Luthe.

Un tel pesticide organique et écologiquement durable pourrait renforcer les défenses des plantes contre les agents pathogènes. Ou peut-être que les plantes peuvent être génétiquement modifiées pour incorporer les protéines du frass afin de renforcer la résistance native d’une culture aux agents pathogènes.

Caterpillar frass est composé de molécules dérivées de la plante hôte, de l’insecte lui-même et des microbes associés, et fournit donc des indices abondants qui peuvent modifier les réponses de défense des plantes, explique le chercheur principal Swayamjit Ray, doctorant au programme de biologie végétale intercollege. Les protéines du légionnaire d’automne caterpillar frass ont initialement induit des gènes de défense sensibles aux plaies chez le maïs; cependant, un gène de défense lié à la pathogenèse a été induit peu de temps après.

L’activation des défenses des agents pathogènes par les protéines frass a été corrélée à une croissance accrue des herbivores et à une diminution de la prévalence des agents pathogènes fongiques au fil du temps. Ces réponses diffèrent de la réponse typique des plantes aux sécrétions orales de la chenille légionnaire d’automne, et les résultats ouvrent la voie à l’identification d’une molécule protéique issue de l’excrétion d’un herbivore qui provoque des réponses de défense des agents pathogènes tout en supprimant les défenses des herbivores chez les plantes.

Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont appliqué de l’extrait de frass sur les feuilles des plants de maïs et ont comparé la croissance des chenilles de légionnaires automnales qui se nourrissaient des feuilles à la croissance des chenilles qui se nourrissaient de feuilles non traitées.

Ils ont également mesuré la performance d’un agent pathogène fongique en réponse au traitement par frass des feuilles de maïs. Ils ont inoculé aux feuilles des spores d’un champignon qui cause la brûlure des feuilles chez le maïs (Cochliobolus heterostrophus).

« La plante perçoit qu’elle est attaquée par un agent pathogène et non par un insecte, elle active donc ses défenses contre les agents pathogènes, laissant la chenille libre de continuer à se nourrir de la plante.

« C’est une stratégie écologique qui s’est perfectionnée au cours de milliers d’années d’évolution », explique Ray.

Le département américain de l’Agriculture a soutenu les travaux.