Allium plant sulphur secondary compounds: Role in leek defence system and action on insect Biology
Les composés secondaires soufrés des Allium : Rôle dans les systèmes de défense du poireau et actions sur la biologie des insectes
Résumé
Allium plant species such the leek, Allium porrum, produce sulphur secondary compounds. These compounds seem to be involved in Allium plants defence processes. Toxicity tests realised in confined atmosphere showed that sulphur compounds, thiosulfinates and disulfides, emitted by the leek, are very toxic against different insect species. One of these compounds, dimethyl disulfide (DMDS), kills insects by an inhibition of the mitochondrial respiratory chain complex IV (cytochrome oxydase). This DMDS-induced inhibition of complex IV subsequently decreased the intracellular ATP concentration, which thereby activated KATP channels mediating membrane hyperpolarisation and reduction of neuronal activity. Nevertheless, the larvae of leek moth, Acrolepiopsis assectella, specialist lepidoptera of Allium plant species were less susceptible to these sulphr compounds than the other tested species. This insect has developed unknowed specific mecanism to better tolerate sulphur compounds.
By repulsive and toxicity phenomena, sulphur compounds produced by Allium plants act in the field as constitutive direct defence against non specialist insects of Allium plants. This defence process could certainely explain why there is only a few number of insect species being able to consume leek leaves.
When they are strongly attacked by the leek moth, leek plants respond by an increase of non volatile sulphur compounds production which can leads to an increase of sulphur volatiles emission. This induced response has consequences on leek moth subsequent performances and thereby could be considered as an induced direct defence. Besides, the sulphur volatile compounds emitted by induced leeks are attractives for the leek moth natural enemy, the parasitic wasp, Diadromus pulchellus. In this way sulphur compounds produced by leek plants could be involved both in direct and indirect defence against the leek moth. In this model, complex indirect and direct defence processes coexist and stabilize the tritrophic interactions
By repulsive and toxicity phenomena, sulphur compounds produced by Allium plants act in the field as constitutive direct defence against non specialist insects of Allium plants. This defence process could certainely explain why there is only a few number of insect species being able to consume leek leaves.
When they are strongly attacked by the leek moth, leek plants respond by an increase of non volatile sulphur compounds production which can leads to an increase of sulphur volatiles emission. This induced response has consequences on leek moth subsequent performances and thereby could be considered as an induced direct defence. Besides, the sulphur volatile compounds emitted by induced leeks are attractives for the leek moth natural enemy, the parasitic wasp, Diadromus pulchellus. In this way sulphur compounds produced by leek plants could be involved both in direct and indirect defence against the leek moth. In this model, complex indirect and direct defence processes coexist and stabilize the tritrophic interactions
Les végétaux appartenant au genre Allium et notamment le poireau, Allium porrum, ont la caractéristique de produire des composés secondaires soufrés. A l'instar de nombreuses substances issues du métabolisme secondaire des plantes, ces composés soufrés semblent être impliqués dans les systèmes de défense naturelle des Allium. Les tests de toxicité réalisés sur différentes espèces d'insectes ont révélé que les substances volatiles soufrées émises par ces plantes, les thiosulfinates et leurs produits de dégradation, les disulfures et notamment le disulfure de diméthyle (DMDS) sont toxiques vis à vis de toutes les espèces testées. Le DMDS provoque la mort des insectes par un disfonctionnement mitochondrial via l'inhibition de la cytochrome oxydase conduisant à une forte diminution de la production d'ATP et de ce fait, à une perte de l'influx nerveux. Toutefois, les larves de la teigne du poireau, Acrolepiopsis assectella, lépidoptère spécialiste des Allium et notamment du poireau, sont nettement moins sensibles à ces substances soufrées que les autres espèces. Cet insecte a développé des mécanismes adaptatifs spécifiques mais pour l'instant inconnus lui conférant cette meilleure tolérance et donc la possibilité de se développer sur sa plante hôte riche en substances soufrées. Les composés secondaires soufrés produits de façon constitutive par les poireaux agissent très certainement dans la nature par des phénomènes d'anti-appétence, de répulsion et de toxicité et représentent alors un système de défense constitutive directe vis à vis des insectes non inféodés à ces plantes. Ce système de défense peut probablement expliquer pourquoi si peu d'espèces phytophages sont capables de se développer aux dépens du poireau.
Lorsqu'il est attaqué de façon importante par la teigne du poireau, le poireau met en place une réponse se traduisant par une augmentation de la production de composés soufrés non volatils pouvant aboutir à une émission plus importante de substances soufrées volatiles. Cette réponse du poireau induite par l'attaque des teignes a des répercussions sur le comportement et les capacités de développement du lépidoptère spécialiste et semble ainsi représenter pour la plante un système de défense directe induite. Les composés soufrés volatils émis par le poireau en ayant un rôle très important dans le comportement de recherche de l'hôte par Diadromus pulchellus, parasitoïde spécialiste des chrysalides de teignes du poireau pourraient être également impliqués dans un phénomène de défense indirecte de la plante.
Lorsqu'il est attaqué de façon importante par la teigne du poireau, le poireau met en place une réponse se traduisant par une augmentation de la production de composés soufrés non volatils pouvant aboutir à une émission plus importante de substances soufrées volatiles. Cette réponse du poireau induite par l'attaque des teignes a des répercussions sur le comportement et les capacités de développement du lépidoptère spécialiste et semble ainsi représenter pour la plante un système de défense directe induite. Les composés soufrés volatils émis par le poireau en ayant un rôle très important dans le comportement de recherche de l'hôte par Diadromus pulchellus, parasitoïde spécialiste des chrysalides de teignes du poireau pourraient être également impliqués dans un phénomène de défense indirecte de la plante.