Thèse interdisciplinaire en écologie chimique – Neurobiologie, biologie moléculaire, écologie comportementale, biologie évolutive

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Titre de la thèse

Contribution des mécanismes olfactifs périphériques à l’évolution des comportements d’attraction de mâles Tephritidae

Direction de thèse

• Emmanuelle Jacquin-Joly, DR INRAE, iEES-Paris, Versailles
• Vincent Jacob, chercheur CIRAD, UMR PVBMT, Saint-Pierre, La Réunion

Partenaires (laboratoire et entreprise)

• Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris (IEES-Paris), INRAE, Paris, Versailles : https://iees-paris.fr/
• Peuplement végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical (UMR PVBMT), CIRAD, Saint-Pierre, Réunion: https://umr-pvbmt.cirad.fr/
• Agriodor, start-up de biocontrôle à base d’odeurs, Rennes:  https://www.agriodor.com/ 

Contexte scientifique de la thèse

La transition agroécologique vers une agriculture durable et respectueuse de l’environnement nécessite le développement de méthodes de lutte contre les ravageurs de culture qui puissent se substituer à l’application de pesticides. Plusieurs de ces méthodes reposent sur la manipulation de l’olfaction des insectes et des comportements associés, comme par exemple en utilisant des odeurs attractives, biomimétiques d’interactions chimiques naturelles entre un insecte et son environnement, qui permettent un piégeage efficace et spécifique de ravageurs, sans impact sur les espèces non-cibles.

Le développement de ses méthodes nécessite de bien connaitre l’écologie chimique des espèces visées pour identifier des odorants actifs. Une approche émergente et prometteuse, dite d’écologie chimique inverse, propose d’accélérer leur découverte en travaillant au niveau des mécanismes moléculaires de l’olfaction, et en particulier des récepteurs olfactifs. Les récepteurs olfactifs d’insectes forment une famille atypique de protéines dont la structure tridimensionnelle vient tout juste d’être comprise (Butterwick et al., 2018; Y. Wang et al., 2024; Zhao et al., 2024), ouvrant la voie à la prédiction in silico de potentiels agonistes via de nouvelles approches de modélisation (Comte et al., 2025).

Ce projet de thèse vise à mobiliser ces nouvelles techniques pour identifier de nouveaux attractifs de mâles chez les mouches des fruits Tephritidae, qui comprennent des ravageurs majeurs des productions horticoles fruitières et légumières au niveau mondial (entre autres, mouche orientale des fruits Bactrocera dorsalis, mouche du melon Zeugodacus cucurbitae et mouche méditerranéenne des fruits Ceratitis capitata), espèces pour lesquelles nous avons préalablement identifié les répertoires de récepteurs olfactifs (Persyn et al. 2025). La recherche d’attractifs de mâles Tephritidae proposée dans cette thèse a le potentiel de constituer un des premiers cas concrets d’application de ces techniques en protection des cultures. Par ailleurs, une approche comparative entre plusieurs espèces visera à élucider l’histoire évolutive d’une interaction atypique entre plantes (sources des attractifs) et insectes (les mâles s’en parfument pour mieux séduire les femelles), qui permettra de mieux comprendre les capacités d’adaptation olfactive et l’interdépendance entre communication intra- et interspécifique.

Objectifs de la thèse

Le premier volet de cette thèse se focalisera sur un récepteur olfactif déjà identifié comme détectant le méthyl eugénol, un des attractifs le plus efficace pour le piégeage des mâles des mouches orientales des fruits, B. dorsalis, mais dont l’utilisation est limitée règlementairement à cause de sa cancérogénicité. L’objectif sera d’identifier, à partir de l’étude de ce récepteur, des composés mimétiques du méthyle eugénol, induisant les mêmes réponses fonctionnelles et comportementales chez les mâles, mais sans en avoir la toxicité. La découverte d’un attractif alternatif non-toxique permettra le déploiement d’un piégeage massif de ce ravageur dans les filières fruitières concernées. Cette partie de la thèse cherchera également à caractériser un deuxième récepteur du méthyle eugénol chez cette espèce, donc l’existence est fortement suspectée.

Le deuxième volet de cette thèse s’attachera à comparer les propriétés fonctionnelles de récepteurs orthologues entre plusieurs espèces de téphritides, notamment celles présentes à la Réunion. L’objectif, plus fondamental, sera de tester l’hypothèse selon laquelle la sensibilité des récepteurs aux attractifs mâles s’est modifiée au cours de l’histoire évolutive des Tephritidae, sous l’influence de contraintes écologiques propres à chaque espèce.

Méthodologies

• Approches génétiques basées sur l’expression hétérologue des récepteurs olfactifs dans le système olfactif de la drosophile
• Approches électrophysiologiques, en particulier l’enregistrement extracellulaire de neurones sensoriels « single sensillum recording »
• Approches de modélisation : prédiction de structures tri-dimensionnelles de protéines et crible in silico de nouveaux ligands, via des collaborations avec des équipes partenaires.
• Approches d’écologie comportementale, par trajectométrie vidéo automatisée en réponse à des stimulations olfactives.

Environnement scientifique et technique

L’étudiant.e intégrera en alternance deux laboratoires qui co-encadreront la thèse.

• à l’IEES-Paris, INRAE, Versailles, France, le candidat aura accès à la manipulation génétique des drosophiles, à un équipement électrophysiologique, ainsi qu’à une expertise en phylogénie moléculaire des récepteurs olfactifs d’insectes.
• À l’UMR PVBMT (CIRAD – Université de la Réunion), Saint-Pierre, Ile de la Réunion, l’étudiant disposera de huit espèces de Tephritidae d’intérêt agronomique élevées en routine, ainsi qu’un équipement électrophysiologique et de tests comportementaux.
• L’étudiant.e intégrera l’école doctorale "Sciences, Technologies et Santé" de l’université de la Réunion, qui s’intéresse à la biodiversité des éco-agro-systèmes tropicaux.

Formations et compétences recherchées

Profil et compétences recherchées

Le.la candidat.e recherché.e devra être titulaire d’un Master 2 en Biologie, Écologie, et avoir de solides bases dans l’un de ces domaines. Idéalement, il ou elle devra avoir des connaissances en écologie chimique, en étude comportementale, en génétique et électrophysiologie, et/ou en traitement des données (analyses statistiques).

Autre information

Nous recherchons un candidat très motivé par la compréhension des bases physiologiques et moléculaires des comportements d’insectes. L’étudiant aura l’opportunité de réaliser une partie de sa thèse sur une ile tropicale, l’ile de la Réunion, aussi des capacités d’adaptation sont essentielles.

Références

• Butterwick, J. A., del Mármol, J., Kim, K. H., Kahlson, M. A., Rogow, J. A., Walz, T., & Ruta, V. (2018). Cryo-EM structure of the insect olfactory receptor Orco. Nature, 560(7719), 447–452. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0420-8
• Comte, A., Lalis, M, Brajon L., Moracci R., Montagné N., Topin J., Jacquin-Joly E. E., Fiorucci S. (2025) Accelerating ligand discovery for insect odorant receptors. Int. J. Biol. Sci. 21(5):2101-2117 http://dx.doi.org/10.7150/ijbs.105648
• Persyn E, Duyck, P-F, François M-C, Mille C, Jacob V and Jacquin-Joly E (2025) Transcriptomic analyses in thirteen Tephritidae species provide insights into the ecological driving force behind odorant receptor evolution. Molecular Phylogenetics and Evolution, 206:108322, 14 p. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2025.108322
• Wang, Y., Qiu, L., Wang, B., Guan, Z., Dong, Z., Zhang, J., Cao, S., Yang, L., Wang, B., Gong, Z., Zhang, L., Ma, W., Liu, Z., Zhang, D., Wang, G., & Yin, P. (2024). Structural basis for odorant recognition of the insect odorant receptor OR-Orco heterocomplex. Science (New York, N.Y.), 384(6703), 1453–1460. https://doi.org/10.1126/science.adn6881
• Zhao, J., Chen, A. Q., Ryu, J., & Del Mármol, J. (2024). Structural basis of odor sensing by insect heteromeric odorant receptors. Science, 384, 1460–1467. https://doi.org/10.1126/science.adn6384

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