L'exposition à l'ozone perturbe la communication sexuelle des insectes

Apr 26, 2023

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1186 (2023) Citer cet article

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La communication sexuelle des insectes repose souvent sur les phéromones sexuelles. Cependant, la plupart des phéromones d'insectes contiennent des doubles liaisons carbone-carbone et se dégradent potentiellement par oxydation. Ici, nous montrons que des niveaux accrus fréquemment signalés d'ozone anthropocénique peuvent oxyder toutes les phéromones spécifiques aux mâles décrites de Drosophila melanogaster, entraînant une réduction des quantités de phéromones telles que l'acétate de cis-vaccényle et le (Z)-7-tricosène. Dans le même temps, l'acceptation par les femmes des hommes exposés à l'ozone est considérablement retardée. Fait intéressant, les groupes de mâles exposés à l'ozone présentent également des niveaux significativement accrus de comportement de parade nuptiale mâle-mâle. En répétant des expériences similaires avec neuf autres espèces de drosophiles, nous observons une dégradation des phéromones et/ou une reconnaissance sexuelle perturbée chez huit d'entre elles. Nos données suggèrent que les niveaux anthropocéniques d'ozone peuvent largement oxyder les doubles liaisons dans une variété de phéromones d'insectes, entraînant ainsi des déviations de la reconnaissance sexuelle.

Trouver et juger un partenaire approprié est essentiel pour la reproduction de nombreux animaux. Dans ce contexte, la plupart des insectes utilisent des phéromones sexuelles pour discriminer les congénères des allospécifiques et pour identifier le sexe et le statut d'accouplement d'un partenaire potentiel1,2,3. Une phéromone particulièrement bien étudiée est l'acétate de cis-vaccényle (cVA). Ce composé est produit par le mâle Drosophila melanogaster, régit la reconnaissance du sexe, et il a été démontré que la quantité de cVA présente sur un mâle est en corrélation avec l'attractivité du mâle pour une femelle4,5,6,7. Lors de la copulation, cependant, le mâle, afin d'assurer sa paternité, transfère le cVA à la femelle et réduit ainsi l'attractivité de la femelle pour les autres mâles6,8,9. cVA est donc attractif pour les femelles mais répulsif pour les mâles. De nombreuses espèces de mouches du genre Drosophila sont connues pour produire des composés spécifiques aux mâles qui augmentent leur attrait pour les femelles conspécifiques, sont transférés pendant la copulation et, par conséquent, semblent remplir des rôles similaires à ceux des phéromones comme cVA chez Drosophila melanogaster10,11. Bien qu'elles soient chimiquement diverses, la plupart de ces phéromones potentielles partagent une caractéristique spécifique : elles contiennent des doubles liaisons carbone.

Au cours de l'Anthropocène, les insectes communiquant avec de telles phéromones insaturées sont confrontés à un défi potentiel : l'oxydation des doubles liaisons par des niveaux accrus de polluants oxydants comme l'ozone12. Les systèmes de phéromones ont évolué à l'époque préindustrielle avec des valeurs d'ozone troposphérique aussi basses que 10 ppb13. Cependant, en raison de l'émission continue d'oxydes d'azote (NOx), de composés organiques volatils (COV) et du changement climatique, le niveau d'ozone a déjà augmenté pour atteindre une moyenne annuelle mondiale de 40 ppb14. Des événements locaux extrêmes d'ozone ont été signalés dans des zones industrielles et urbaines, par exemple au Mexique, au Bangladesh, au Maroc et en Chine15,16,17,18. L'ozone a atteint au Mexique une concentration allant jusqu'à 210 ppb (qui a duré une heure) et la valeur moyenne la plus élevée mesurée sur 10 h a dépassé 170 ppb15. Bien que les valeurs d'ozone varient beaucoup tout au long de l'année, la moyenne annuelle mesurée, par exemple, dans le nord-est de la Chine, est passée de 45 ppb en 2003 à 62 ppb en 201516 et a atteint un maximum quotidien moyen sur 8 h (MDA8) de 140 ppb observé en mars 202019.

Ici, nous montrons que même une exposition à court terme à des niveaux d'ozone de 100 ppb entraîne la dégradation de nombreuses phéromones de drosophiles et réduit, par exemple, l'attrait des mâles pour les femelles chez 7 des 10 espèces testées. Fait intéressant, l'exposition à l'ozone augmente considérablement le comportement de parade nuptiale entre hommes, probablement en raison d'un manque de discrimination sexuelle lorsque les phéromones mâles se dégradent.

Nous avons d'abord étudié si la quantité de cVA des mâles de D. melanogaster (CS) était affectée par l'exposition à l'ozone. En effet, en comparant avec des mouches témoins exposées à l'air ambiant (avec 4,5 ± 0,5 ppb d'ozone) uniquement, nous avons trouvé des quantités réduites de cVA sur les mouches qui ont été exposées à 100 ppb d'ozone pendant 2 h (Fig. 1, pour un schéma de l'ozone configuration voir Fig. S1) et des quantités accrues d'heptanal (Fig. S2), un produit de dégradation potentiel de l'oxydation cVA. Fait intéressant, de nombreux autres composés de phéromones comme le (Z)−7-tricosène (7-T) et le (Z)−7-pentasene (7-P)20, qui sont connus pour être impliqués dans le comportement reproducteur, ont diminué après l'exposition à l'ozone, également (Fig. 1c).

a Dessin schématique du protocole analytique TDU GC-MS. Les mouches mâles ont d'abord été exposées à l'ozone ou à l'air ambiant. Leur profil chimique a ensuite été analysé par TDU GC-MS. b Profils chimiques des mâles de D. melanogaster après exposition à l'ozone (rose) ou à l'air ambiant (gris). Chromatogrammes (panneau de gauche), Structures chimiques des phéromones mâles et des hydrocarbures cuticulaires, CHC (panneau de droite). c, Analyse quantitative des phéromones mâles et des CHC. (Test t bilatéral non apparié ; *p < 0,05 ; **p < 0,01 ; ***p < 0,001). Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

Nous avons ensuite demandé si ces modifications des profils chimiques des mâles affecteraient leur attrait pour les mouches femelles. Nous avons donc exposé les mouches mâles pendant 30 minutes à de l'ozone allant de 50 à 200 ppb ou, comme contrôle, à l'air ambiant et ensuite testé leur comportement de parade nuptiale et leur succès d'accouplement avec des femelles non exposées dans un essai d'accouplement sans choix (Fig. 2a). Les mâles exposés à l'ozone ne différaient pas des mâles témoins en ce qui concerne leur latence de parade nuptiale (c'est-à-dire le temps jusqu'à ce qu'ils commencent à courtiser la femelle ; Fig. 2a) et le pourcentage de parade nuptiale (c'est-à-dire le pourcentage de mâles qui courtisaient les femelles, Fig. S3) , montrant que la motivation des parades nuptiales des mâles ne semble pas être affectée par une exposition antérieure à l'ozone. Dans le même temps, bien que la plupart des mâles se soient finalement accouplés au cours des 10 minutes d'observation (Fig. S3), les mâles exposés à l'ozone présentaient une latence d'accouplement plus longue que les mâles témoins (c'est-à-dire qu'ils avaient besoin de plus de temps pour être acceptés par la femelle ; Fig. 2a) . Nos résultats indiquent que les mâles exposés à l'ozone étaient moins attrayants pour les femelles courtisées, ce qui correspond bien à la réduction susmentionnée des phéromones lors de l'exposition à l'ozone. Nous n'avons observé aucun effet de l'ozone lorsque les mouches n'étaient exposées que pendant 15 minutes, tandis que la latence d'accouplement des mâles était à nouveau augmentée après une exposition à l'ozone pendant deux heures ou après une exposition à des niveaux plus élevés d'ozone (150 ppb et 200 ppb) (Fig. S4). Fait intéressant, après avoir été exposés à l'ozone pendant 2 h, les mâles n'ont pas retrouvé leur profil chimique d'origine et leur attractivité pour les femelles après 1 jour, mais ont présenté des niveaux de phéromones et une attractivité normaux après 5 jours (Fig. S5).

a Latence de parade nuptiale mâle/femelle et latence d'accouplement après exposition des mâles à différents niveaux d'ozone (taille de l'échantillon fournie entre parenthèses, test de Dunnett pour des comparaisons multiples par rapport au contrôle de l'air ambiant ; groupes significativement différents du contrôle : *p < 0,05 ; **p < 0,01 ; ***p < 0,001). b Comportement de parade nuptiale mâle/mâle après que les deux mâles aient été exposés à l'ozone. Latence de parade nuptiale, test de Dunnett pour les comparaisons multiples ; pourcentage de parade nuptiale (pourcentage d'expériences qui ont abouti à la cour des mâles), test exact de Fisher avec correction de Holm-Bonferroni pour une comparaison multiple avec le groupe témoin ; différences significatives par rapport au contrôle décrit ci-dessus. c Courbe dose-réponse SSR du neurone Or67d (sensille at1) du mâle D. melanogaster. Panneau supérieur, schéma de la procédure SSR ; données présentées sous forme de moyenne ± SE, N = 10 pour l'exposition à l'air ou à l'ozone (test t pour chaque concentration ; NS n'indique aucune différence significative). L'huile minérale (MO) a servi de témoin de solvant. d Comportement de parade nuptiale d'un mâle D. melanogaster intact envers un mâle décapité. Soit les mâles intacts, soit les décapités, soit les deux mâles ont été exposés à l'ozone avant le test de parade nuptiale. Pourcentage de parade nuptiale (voir ci-dessus), test exact de Fisher avec correction de Holm-Bonferroni pour comparaison multiple ; indice de parade nuptiale (durée pendant laquelle le mâle intact a courtisé pendant l'expérience), test de Tukey pour les comparaisons multiples. e La préférence d'une mouche mâle pour un mâle ou une femelle décapité. Soit le mâle décapité, la femelle ou les deux mouches décapitées ont été exposés à l'ozone avant l'essai de parade nuptiale. Premier choix présenté sous forme de camemberts (test exact de Fisher); Indice de préférence (temps de fréquentation de la femme - temps de fréquentation de l'homme) / temps de fréquentation total, test t non apparié pour la préférence de parade nuptiale. Tous les tests sont bilatéraux. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

Comme mentionné précédemment, les phéromones spécifiques aux hommes ne fonctionnent souvent pas seulement comme aphrodisiaques pour les femmes, mais aident également les hommes à discriminer les sexes6,7. Nous avons donc émis l'hypothèse que l'exposition à l'ozone des mouches mâles, avec la réduction subséquente de leurs phéromones spécifiques aux mâles, entraverait la discrimination sexuelle. Lorsque nous avons exposé des groupes d'hommes à 100 ppb d'ozone, les résultats ont toutefois dépassé nos attentes. Après une brève période (17,72 ± 1,83 min, N = 10) d'exposition, les mâles ont commencé à se courtiser intensément et à manifester un comportement d'enchaînement (supp. Film S1 et S2), c'est-à-dire qu'ils ont formé une longue chaîne de mâles courtisant qui a d'abord été décrit pour les mâles porteurs d'une mutation stérile, c'est-à-dire une mutation du gène stérile qui modifie les préférences d'accouplement des mâles21. Lors de la quantification d'un tel comportement de parade nuptiale mâle-mâle de paires de mâles exposés à l'ozone (c'est-à-dire 30 min à 100 ppb) dans un essai sans choix (Fig. 2b), nous avons en effet trouvé un nombre plus élevé d'essais qui ont abouti à une parade nuptiale masculine comme par rapport aux mâles témoins exposés à l'air. Encore une fois, l'effet de l'ozone pourrait être augmenté en prolongeant le temps d'exposition ou en augmentant le niveau d'ozone (Fig. S6). Comme les deux mâles ont été exposés à l'ozone dans ces expériences, nous nous sommes demandé si l'augmentation de la parade nuptiale mâle-mâle observée était uniquement due à la dégradation des phéromones spécifiques aux mâles, ou était en outre affectée par un dysfonctionnement potentiel des neurones sensoriels, responsables de leur détection. , due au stress oxydatif. Des enregistrements de sensille unique (SSR) de la sensille tricoïde antennaire at1, connue pour abriter un neurone sensoriel olfactif qui détecte cVA7, ont révélé des courbes dose-réponse similaires chez les mouches exposées à l'ozone et chez les mouches témoins (Fig. 2c). De plus, nous avons confronté un mâle intact avec un mâle décapité et exposé chacun d'eux soit à l'ozone soit à l'air ambiant avant la rencontre. Nous avons constaté que le fait que le mâle intact manifeste ou non un comportement de parade nuptiale n'était pas influencé par sa propre exposition à l'ozone, mais uniquement par l'exposition du mâle décapité (Fig. 2d). Pour résumer, l'exposition à l'ozone n'entrave pas la fonction des neurones sensibles aux phéromones ou d'autres niveaux de traitement du signal, mais induit plutôt une parade nuptiale mâle-mâle via la dégradation des phéromones. Nous avons ensuite demandé si l'exposition à l'ozone empêchait complètement la discrimination sexuelle et avons analysé la préférence de séduction des hommes non exposés à l'ozone envers un homme et une femme décapités dans un test de choix. Avant le test, les mouches décapitées ont été exposées à l'ozone ou à l'air témoin. Alors que les mâles courtisaient préférentiellement les femelles dans l'expérience de contrôle, l'exposition à l'ozone des mouches décapitées a entraîné une courtisation égale des mouches femelles et mâles (Fig. 2e). Fait intéressant, lorsque seul le mâle décapité était exposé à l'ozone avant l'expérience, la femelle décapitée était toujours préférentiellement courtisée dans le test de choix (Fig. 2e), ce qui suggère que les produits chimiques spécifiques aux femelles sont suffisants pour la discrimination sexuelle. Comme l'exposition des deux sexes à l'ozone a entravé la discrimination sexuelle, les signaux féminins semblent également être sensibles à la dégradation par l'ozone. En effet, lors de l'analyse des femelles exposées à l'ozone (c'est-à-dire 2 h à 100 ppb), nous avons trouvé des quantités réduites des composés spécifiques aux femelles décrits 7,11-Heptacosadiene (7,11-HD) et 7,11-Nonacosadiene (7, 11-ND)22,23 (Fig. S7).

Ayant montré que l'exposition à l'ozone non seulement réduit l'attractivité d'un mâle de D. melanogaster (CS) envers les femelles mais compromet également fortement la discrimination sexuelle, nous nous sommes demandé si cet effet est spécifique à D. melanogaster (CS) ou apparaît chez d'autres espèces comme Bien. Sur la base de notre étude précédente sur les composés spécifiques aux mâles chez 99 espèces de drosophiles11, nous avons sélectionné 8 autres espèces de drosophiles connues pour porter des composés spécifiques aux mâles. Nous avons exposé leurs mâles pendant 2 h à 100 ppb d'ozone et comparé leurs profils chimiques et leurs performances comportementales avec ceux des mâles témoins. Sept de ces espèces, à l'exception de D. buskii, présentaient des quantités réduites de composés spécifiques aux mâles après une exposition à l'ozone (Fig. 3). En même temps, tous ont montré une diminution du succès d'accouplement et/ou des changements dans les interactions mâle-mâle (Fig. 3). Les composés spécifiques aux mâles décrits par D. busckii ne contiennent pas de doubles liaisons carbone-carbone et sont donc moins sensibles à la dégradation par l'ozone (Fig. 3). Bien que les effets dégradants de l'ozone sur les hydrocarbures cuticulaires des mouches dépourvus de doubles liaisons carbone aient également été démontrés, ces expériences ont été réalisées avec des concentrations d'ozone qui, avec 45 000 ppm, étaient environ 106 supérieures à celles utilisées dans nos expériences24. Le fait que les mâles de D. buskii aient encore moins réussi à courtiser les femelles pourrait être dû à des composés supplémentaires, non identifiés mais sensibles à l'ozone, qui régissent le comportement de parade nuptiale de cette espèce. Fait intéressant, les deux sous-espèces de D. mojavensis testées, contrairement aux autres espèces, ont présenté une diminution de la fréquentation mâle-mâle après une exposition à l'ozone. Là encore, des composés supplémentaires à ceux décrits pour ces sous-espèces10,11 pourraient expliquer ces résultats. Nous avons finalement testé D. suzukii, une espèce qui ne présente aucun composé spécifique au sexe et dont le comportement est censé être plutôt visuel11,25. Comme prévu, ni le succès de l'accouplement ni la parade nuptiale mâle-mâle n'ont été affectés par le traitement à l'ozone (Fig. 3).

a Les données représentent les zones de pic normalisées des phéromones chez les mouches exposées à l'ozone et les mouches témoins (test t bilatéral non apparié ; *p < 0,05 ; **p < 0,01 ; ***p < 0,001). b, c Effet sur le succès de l'accouplement (c.-à-d. pourcentage d'expériences aboutissant à l'accouplement) et effet sur le comportement de parade nuptiale mâle-mâle (c.-à-d. pourcentage d'expériences aboutissant à une parade nuptiale mâle-mâle). Test exact de Fisher bilatéral, *p < 0,05 ; **p < 0,01 ; ***p < 0,001. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

Il a été démontré que des polluants tels que l'ozone et les oxydes nitriques dégradent les volatils floraux et, par conséquent, corrompent la communication chimique entre les plantes et leurs insectes pollinisateurs26,27,28,29,30,31,32. Ici, nous montrons que l'ozone peut en outre nuire aux insectes dans un autre contexte. L'exposition des mouches à des niveaux d'ozone plutôt doux qui ont déjà été signalés pour les zones polluées dégrade leurs phéromones insaturées et affecte ainsi la communication sexuelle chez 9 des 10 espèces de drosophiles testées. Cependant, les doubles liaisons carbone ne sont pas spécifiques aux phéromones de Drosophila mais sont une caractéristique majeure de la plupart des phéromones d'insectes identifiées33. Comme par exemple, de nombreux lépidoptères femelles utilisent des phéromones pour attirer les mâles sur de longues distances, il y a amplement de temps pour que les polluants oxydants dégradent potentiellement le signal avant qu'il n'atteigne le récepteur. Alors qu'aujourd'hui l'effet néfaste des pesticides sur les populations d'insectes est bien établi dans le monde entier34,35, les insectes sont évidemment confrontés à un deuxième problème : la dégradation de leurs canaux d'information chimiques par des niveaux accrus de polluants oxydants.

Les mouches de type sauvage utilisées dans cette étude ont été obtenues auprès du Bloomington Drosophila Stock Center (BDSC; https://bdsc.indiana.edu/index.html), National Drosophila Species Stock Center (NDSSC; http://blogs.cornell. edu/drosophila/), et centre de stockage de Kyoto (Kyoto DGGR ; https://kyotofly.kit.jp/cgi-bin/stocks/index.cgi). Les numéros de stock sont les suivants : D. putrida (15081–1401.00 / 15100–1711.01), D. repletoides (E-17001), D. funebris (15120–1911.05), D. pallidipennis (15210–2331.02), D. saltans (14028–0571.00 / 15250–2451.01), D.moj. wrigleyi (15081–1352.22), D. moj. mojavensis (15081–1352.47), D. busckii (1300–0081.00), D. suzukii (14029–0011.01 / 14011–0131.04). Pour les expériences avec D. melanogaster, nous avons utilisé la souche de type sauvage Canton-S (CS). Toutes les mouches ont été élevées à 25 ° C, 12 h de lumière: 12 h d'obscurité et 70 % d'humidité relative. À l'exception de D. melanogaster (CS), toutes les autres espèces de mouches ont été élevées avec de la nourriture standard mélangée à de la banane. Les vierges ont été recueillies en utilisant une anesthésie au CO2. Des mouches vierges âgées de 10 jours ont été testées dans l'arène de parade nuptiale. Les soins et le traitement de toutes les mouches étaient conformes à toutes les réglementations éthiques pertinentes.

Nous avons synthétisé des composés de mouches comprenant (Z)−10-Heptadecen-2-one (Z10-17:2Kt), (Z)−11-Hexadecen-1-yl acétate (Z11-16:Ac), rac−2-Tridécyl acétate (13:2Ac), acétate de rac−2-pentadécyle (15:2Ac), acétate de (Z)−11-eicosen-1-yle (Z11-20:Ac), acétate de (Z)−10-heptadécène-2-yle (Z10-17:2Ac) comme décrit11. D'autres produits chimiques, y compris l'acétate de cis vanccényle (cVA), le (Z)−7-tricosène (7-T), le (Z)−9-tricosène (9-T), le (Z)−7-pentacosène (7-P) et (Z)-9-Pentacosene (9-P), ont été achetés en haute pureté auprès de Sigma-Aldrich et Cayman Chemical.

Le (Z)-11-pentacosène (11-P) a été synthétisé par réaction de Wittig à partir de bromotédécane (Sigma-Adrich, Allemagne) et d'undécanal (Sigma-Aldrich, Allemagne). Du bromotédécane (1 g, 3,6 mmol) et de la triphénylphosphine (946 mg, 3,6 mmol) ont été dissous dans 20 ml de toluène et chauffés au reflux pendant 20 h. Après refroidissement à température ambiante, la phase toluénique est soigneusement éliminée à la pipette. Le résidu a été agité pendant 5 minutes avec du toluène frais (10 ml de chaque), avant que le toluène ne soit à nouveau pipeté. Ce processus a été répété trois fois avec du toluène et une fois avec de l'éther diéthylique (10 ml). Le résidu hautement visqueux a été séché sous vide poussé pendant une nuit pour obtenir le sel de Wittig sous la forme d'un solide blanc cassé amorphe.

Sous argon, le sel de Wittig (600 mg, 1,11 mmol) a été dissous/suspendu dans du THF anhydre (20 ml) et refroidi à -30 °C. Une solution de bis(triméthylsilyl)amide de sodium (1,2 ml, 1 M dans du THF) a été ajoutée goutte à goutte et le mélange a été laissé se réchauffer à -10 °C. Après agitation pendant 30 min, la suspension maintenant orange foncé a été refroidie à nouveau à -30 ° C avant d'ajouter un décanal (0, 23 ml, 1, 11 mmol) via une seringue. Le mélange a été agité pendant une nuit à 20°C. Le mélange réactionnel a été dilué avec du n-hexane (20 ml) avant d'ajouter de l'eau (40 ml). La phase organique a été éliminée et la phase aqueuse a été extraite avec du n-hexane (2 x 40 ml). Les phases organiques combinées ont été lavées avec de l'eau et de la saumure (40 ml chacune) et séchées sur Mg2S04. Après filtration, le solvant a été éliminé par rotavap, le résidu a été adsorbé sur du gel de silice et chromatographié avec du n-hexane/EtOAc (50:1) comme éluant pour obtenir du (Z)-11-pentacosène (130 mg, rendement 34 % basé sur l'undécanal) sous forme d'huile incolore.

Système d'exposition à l'ozone, voir Fig. S1. De l'air ambiant comprimé (avec 4,5 ± 0,5 ppb d'ozone) a été utilisé pour produire de l'air de contrôle (c'est-à-dire de l'air ambiant humidifié à 70 % d'humidité relative), de l'air propre (c'est-à-dire de l'air qui, via un épurateur d'ozone au palladium, a été nettoyé de tout l'ozone naturel) et de l'air enrichi en ozone (c'est-à-dire de l'air ambiant qui passait par un générateur d'ozone (Aqua Medic, Allemagne) qui pouvait produire jusqu'à 100 mg d'ozone/h). En humidifiant et en mélangeant de l'air propre avec de l'air enrichi en ozone dans la boîte de mélange, différents niveaux d'air expérimental ozoné pourraient être produits. La concentration d'ozone pouvait être augmentée (diminuée) en diminuant (augmentant) le débit à travers le contrôleur de débit massique avant l'épurateur d'ozone (par exemple, 5 l/min), tandis que le débit à travers le générateur d'ozone était maintenu constant à 0,7 l/min . Au fur et à mesure que les concentrations d'ozone changent lorsque l'air devient humidifié, l'air expérimental ozoné a été stocké dynamiquement dans une boîte de mélange (un récipient en plexiglas de 100 L), à partir de laquelle l'air a été continuellement sondé pour le moniteur d'ozone (BMT 932, BMT Messtechnik GmbH, Allemagne), tandis que en même temps, chaque 0,2 l/min a été conduit dans les quatre flacons en plastique de 70 ml contenant les mouches, et l'air excédentaire a été nettoyé de l'ozone via un épurateur d'ozone au palladium supplémentaire avant de le relâcher dans l'air de la chambre. Un deuxième ensemble de quatre flacons de 70 ml a été connecté au flux d'air ambiant pour produire des "mouches témoins" pour l'expérience. L'ensemble du système a été construit deux fois avec une vanne commutant l'air enrichi en ozone entre les deux configurations afin qu'un autre ensemble de mouches expérimentales et de contrôle puisse être préparé en parallèle. Par exemple, en ouvrant la vanne 5 s vers la gauche et 10 s vers la configuration droite, des expériences avec différentes concentrations d'ozone pourraient être menées en parallèle.

Pour analyser les profils chimiques des mouches dans les expériences TDU GC-MS, des mouches âgées de 10 jours ont d'abord été exposées à l'ozone ou à l'air de contrôle pendant un temps donné, puis immédiatement congelées à -20 ° C pendant 30 min. Afin d'étudier la récupération des profils chimiques après exposition à l'ozone, les mâles ont été exposés à 100 ppb d'ozone pendant 2 h, puis déplacés dans des tubes avec de la nourriture standard pendant 1 ou 5 jours. Ensuite, ils ont été congelés comme mentionné précédemment. Pour les mesures TDU GC-MS, des mouches individuelles ont été placées dans des microtubes de tubes de désorption thermique (GERSTEL, Allemagne) et 0,5 µl de C10-Br ou C16-Br (dilution 10-3 dans l'hexane) ont été ajoutés aux microtubes comme étalon interne.

Les tubes de désorption ont été transférés à l'aide d'un échantillonneur polyvalent GERSTEL MPS 2 XL dans une unité de désorption thermique GERSTEL (GERSTEL, Allemagne). Les échantillons ont été désorbés à 250 ° C pendant 8 min, puis piégés à -50 ° C dans le revêtement d'un système d'injection refroidi GERSTEL CIS 4, avec de l'azote liquide utilisé pour le refroidissement. Les composants ont été transférés dans la colonne GC en chauffant l'injecteur de vaporisateur à température programmable à 12 ° C / s jusqu'à 270 ° C, puis en maintenant la température pendant 5 min. Le GC-MS (Agilent GC 7890A équipé d'une unité MS 5975 C inert XL MSD ; Agilent Technologies, USA) était équipé d'une colonne HP5 (Agilent Technologies, USA). La température du four du chromatographe en phase gazeuse a été maintenue à 50°C pendant 3 min puis augmentée de 15°C/min à 230°C puis de 20°C/min à 280°C, maintenue pendant 20 min. Les spectres de masse ont été pris en mode EI (à 70 eV) dans la plage de 33 m/z à 500 m/z.

Les mâles et les femelles vierges de tous les drosophiles testés ont été collectés après l'éclosion et élevés individuellement et en groupes (20 individus/flacon), respectivement. Pour les essais de parade nuptiale mâle-femelle, 15 mâles ont été exposés à l'ozone ou à l'air ambiant dans un flacon. Un mâle individuel traité à l'ozone a ensuite été placé avec une femelle non traitée dans une chambre de parade nuptiale et leur comportement a été observé et quantifié pendant 1 h. Chaque arène de parade nuptiale contenait 4 chambres (1 cm de diamètre × 0,5 cm de profondeur) recouvertes d'un toboggan en plastique. Quatre chambres ont été enregistrées simultanément. Un débit d'air de 0,2 ml/min a été ajouté par le bas à chaque arène. Une caméra GoPro 4 ou Logitech C615 a été utilisée pour enregistrer les comportements de parade nuptiale. Chaque vidéo a été analysée manuellement pour la latence de parade nuptiale (c.-à-d. le temps jusqu'à ce que le mâle initie un comportement de parade nuptiale), le pourcentage de parade nuptiale (c.-à-d. le pourcentage de mâles qui ont montré un comportement de parade nuptiale), l'indice de parade nuptiale (c. 10 min de temps expérimental), la latence d'accouplement (c'est-à-dire le temps jusqu'au début de l'accouplement réussi) et le succès de l'accouplement (c'est-à-dire le pourcentage de mâles qui ont copulé). Toutes les expériences comportementales ont été réalisées à 25 °C et 70 % d'humidité.

Pour les essais de parade nuptiale mâle-mâle, 25 mâles ont été exposés à l'ozone ou à l'air ambiant dans un tube à mouche. Ensuite, deux mâles ont été placés dans une chambre et leurs comportements observés et quantifiés pendant 30 min. Pour D. melanogaster (CS), plusieurs combinaisons d'exposition à l'ozone (c'est-à-dire 15 min, 30 min et 2 h avec 50, 100, 150, 200 ppb, respectivement) ont été testées. Les mâles des autres drosophiles ont été exposés pendant 2 h à 100 ppb. Pour les essais sans choix avec des mâles décapités, les mâles ont été exposés à l'ozone, puis décapités. Un mâle intact et un mâle décapité ont été placés dans une chambre et le comportement de parade nuptiale du mâle intact a été observé et quantifié pendant 30 min. Pour les essais à deux choix avec des mouches décapitées, les mâles et/ou les femelles ont été exposés à l'ozone, puis décapités. Un mâle intact et un mâle et une femelle décapités ont été placés dans une chambre. L'indice de préférence du mâle intact courtiser a été calculé comme (le temps pris par un mâle intact pour courtiser une femme décapitée - le temps pris par un mâle intact pour courtiser un mâle décapité) / 30 min.

Les mouches mâles D. melanogaster (CS) ont été exposées à l'ozone ou à l'air ambiant, puis immobilisées dans une pointe de pipette. Une électrode de référence a été placée dans l'œil ; une autre électrode de tungstène a été insérée dans la sensille cible. L'at1 a été identifié en fonction de sa localisation et de ses activités spontanées. Les signaux ont été amplifiés par Syntech Universal AC/DC Probe (Syntech, Allemagne), échantillonnés (96 000,0 échantillons/s) et filtrés (500–5 000 Hz avec suppression de 50/60 Hz) via une connexion USB-IDAC (Syntech, Allemagne) à un ordinateur. Les potentiels d'action ont été extraits à l'aide du logiciel AutoSpike (Syntech, Allemagne). Les composés synthétiques ont été dilués dans de l'huile minérale (MO) (Sigma-Aldrich, Allemagne). Avant le test, 10 μl de l'odeur diluée ont été fraîchement chargés sur un petit morceau de papier filtre (1 cm2) et placés à l'intérieur d'une pipette Pasteur en verre. Les dosages d'odeurs testés allaient de 10−5−10−1 dilution (v/v). L'odorisant a été délivré en insérant la pointe de la pipette dans un flux d'air humidifié constant circulant à 600 ml/min à travers un tube en acier inoxydable (diamètre, 8 mm) se terminant à 1 cm de distance de l'antenne. L'activité neuronale a été enregistrée pendant 10 s, commençant 3 s avant la période de stimulation de 0,5 s. Les réponses des neurones individuels ont été calculées comme l'augmentation (ou la diminution) de la fréquence du potentiel d'action (pointes/s) par rapport à la fréquence pré-stimulus. Les traces ont été traitées en triant les amplitudes des pointes dans AutoSpike, en les analysant dans Excel et en les illustrant dans Adobe Illustrator CS (Adobe systems, USA).

Les analyses statistiques (voir les légendes correspondantes de chaque figure) et les chiffres préliminaires ont été effectués à l'aide de GraphPad Prism v. 8 (GraphPad Software, USA). Les figures ont ensuite été traitées avec Adobe Illustrator CS5.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports sur le portefeuille Nature lié à cet article.

Toutes les données générées dans cette étude sont fournies dans le fichier Source Data. Les données sources sont fournies avec ce document.

Cardé, RT & Minks, AK Recherche sur les phéromones d'insectes : nouvelles orientations. (Springer Science & Business Media, 2012).

Wyatt, Phéromones TD et comportement animal : Signaux et signatures chimiques, 2e édition. (Cambridge University Press, 2014).

Kaissling, KE en neurobiologie de la communication chimique. Réception des phéromones chez les insectes : l'exemple des teignes à soie (ed C. Mucignat-Caretta) (2014).

Butterworth, FM Lipids of Drosophila - un lipide nouvellement détecté chez l'homme. Sciences 163, 1356-1357 (1969).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Brieger, G. & Butterworth, FM Drosophila melanogaster : identité du lipide mâle dans le système reproducteur. Sciences 167, 1262 (1970).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Jallon, JM, Antony, C. & Benamar, O. Un anti-aphrodisiaque produit par les mâles de Drosophila melanogaster et transféré aux femelles pendant la copulation. Cr Acad. Sci. III-Vie 292, 1147-1149 (1981).

Google Scholar

Kurtovic, A., Widmer, A. & Dickson, BJ Une seule classe de neurones olfactifs médie les réponses comportementales à une phéromone sexuelle de Drosophila. Nature 446, 542–546 (2007).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Ejima, A. et al. La généralisation de l'apprentissage de la parade nuptiale chez la drosophile est médiée par l'acétate de cis-vaccényle. Courant. Biol. 17, 599–605 (2007).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vandermeer, RK, Obin, MS, Zawistowski, S., Sheehan, KB et Richmond, RC Une réévaluation du rôle de l'acétate de cis-vaccényle, du cis-vaccénol et de l'estérase-6 dans la régulation de l'attractivité sexuelle féminine chez Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 32, 681–686 (1986).

Article CAS Google Scholar

Khallaf, MA et al. Discrimination des partenaires parmi les sous-espèces par une voie olfactive conservée. Sci. Adv. 6, eaba5279 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Khallaf, MA et al. Caractérisation à grande échelle des systèmes de communication des phéromones sexuelles chez la drosophile. Nat. Commun. 12, 1–14 (2021).

Article Google Scholar

Arndt, U. Polluants atmosphériques et phéromones - Un problème ? Chemosphere 30, 1023-1031 (1995).

Article ADS CAS Google Scholar

Volz, A. & Kley, D. Évaluation de la série montsouris de mesures d'ozone effectuées au XIXe siècle. Nature 332, 240–242 (1988).

Article ADS CAS Google Scholar

Wittig, VE, Ainsworth, EA, Naidu, SL, Karnosky, DF & Long, SP Quantification de l'impact de l'ozone troposphérique actuel et futur sur la biomasse, la croissance, la physiologie et la biochimie des arbres : une méta-analyse quantitative. Glob. Changer Biol. 15, 396–424 (2009).

Annonces d'article Google Scholar

Barrett, BS, Raga, GB, Retama, A. & Leonard, C. Une analyse à plusieurs échelles des mécanismes troposphériques et stratosphériques menant à l'événement d'ozone de surface extrême de mars 2016 à Mexico. J. Geophys. Rés. : Atmos. 124, 4782–4799 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Ma, ZQ et al. Augmentation significative de l'ozone de surface sur un site rural, au nord de l'est de la Chine. Atmos. Chim. Phys. 16, 3969-3977 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Khomsi, K. et al. Vagues de chaleur et épisodes extrêmes d'ozone (O3) simultanés : modèles atmosphériques combinés et impact sur la santé humaine. Int. J. Environ. Rés. Santé publique 19, 2770 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sikder, HA, Nasiruddin, M., Suthawaree, J., Kato, S. et Kajii, Y. Observation à long terme de l'O3 de surface et de ses précurseurs à Dhaka, Bangladesh. Atmos. Rés. 122, 378–390 (2013).

Article CAS Google Scholar

Li, K. et al. La pollution à l'ozone dans la plaine de Chine du Nord se propage jusqu'à la fin de l'hiver. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 118, e2015797118 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jallon, JM Quelques mots chimiques échangés par la drosophile pendant la parade nuptiale et l'accouplement. Comportement Genet 14, 441-478 (1984).

Article CAS PubMed Google Scholar

Hall, JC Courtship parmi les mâles en raison d'une mutation mâle-stérile chez Drosophila melanogaster. Comportement Genet 8, 125-141 (1978).

Article CAS PubMed Google Scholar

Antony, C., Davis, TL, Carlson, DA, Pechine, JM & Jallon, JM Comparaison des réponses comportementales de Drosophila melanogaster mâle (Canton-S) aux aphrodisiaques naturels et synthétiques. J. Chem. Écol. 11, 1617-1629 (1985).

Article CAS PubMed Google Scholar

Antony, C. & Jallon, JM La base chimique de la reconnaissance du sexe chez Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 28, 873–880 (1982).

Article CAS Google Scholar

Savage, B., Wang, Z., Chung, H., Masten, S. & Grieshop, M. Une méthode basée sur l'ozonolyse et des applications pour la modification non létale des hydrocarbures cuticulaires d'insectes. J. Chem. Écol. 47, 628–641 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Fuyama, Y. Stimulus visuel dans la parade nuptiale de Drosophila suzukii. Expérientia 35, 1327-1328 (1979).

Article Google Scholar

Girling, RD, Lusebrink, I., Farthing, E., Newman, TA & Poppy, GM Les gaz d'échappement diesel dégradent rapidement les odeurs florales utilisées par les abeilles. Sci. Rep. 3, 2779 (2013).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Riffell, JA et al. Biologie sensorielle. Discrimination des fleurs par les pollinisateurs dans un environnement chimique dynamique. Sciences 344, 1515-1518 (2014).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Farre-Armengol, G. et al. L'ozone dégrade le parfum floral et réduit l'attraction des pollinisateurs pour les fleurs. N. Phytol. 209, 152–160 (2016).

Article CAS Google Scholar

Fuentes, JD, Chamecki, M., Roulston, TA, Chen, B. & Pratt, KR Les polluants atmosphériques dégradent les parfums floraux et augmentent les temps de recherche de nourriture des insectes. Atmos. Environ. 141, 361–374 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Cook, B. et al. Pollinisation dans l'Anthropocène : un papillon peut apprendre des mélanges floraux altérés par la couche d'ozone. J. Chem. Écol. 46, 987–996 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ryalls, JMW et al. Les polluants atmosphériques anthropiques réduisent les services de pollinisation par les insectes. Environ. Pollution. 297, 118847 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Knaden, M. et al. Impacts humains sur la communication chimique des insectes dans l'Anthropocène. Devant. Écol. Évol. 10, 791345 (2022).

Yew, JY & Chung, H. Phéromones d'insectes : un aperçu de la fonction, de la forme et de la découverte. Programme. Lipid Res 59, 88-105 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Sánchez-Bayo, F. & Wyckhuys, KAG Déclin mondial de l'entomofaune : examen de ses moteurs. Biol. Conserv. 232, 8-27 (2019).

Article Google Scholar

Seibold, S. et al. Le déclin des arthropodes dans les prairies et les forêts est associé à des facteurs au niveau du paysage. Nature 574, 671–674 (2019).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

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Nous remercions I. Alali et S. Trautheim pour leur aide dans l'élevage des mouches. Cette recherche a été soutenue par le financement de la Max Planck Society et plus particulièrement par le financement du Max Planck Center "Next Generation Insect Chemical Ecology".

Financement Open Access activé et organisé par Projekt DEAL.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Bill S. Hansson, Markus Knaden.

Département de neuroéthologie évolutive, Institut Max Planck d'écologie chimique, Hans-Knöll-Straße 8, D-07745, Iéna, Allemagne

Nan-Ji Jiang, Hetan Chang, Kerstin Weniger, Bill S. Hansson et Markus Knaden

Écologie chimique des insectes de nouvelle génération, Centre Max Planck, Institut Max Planck d'écologie chimique, Hans-Knöll-Straße 8, D-07745, Iéna, Allemagne

Nan-Ji Jiang, Bill S. Hansson et Markus Knaden

Groupe de recherche en spectrométrie de masse/protéomique, Institut Max Planck d'écologie chimique, Hans-Knöll-Straße 8, D-07745, Iéna, Allemagne

Jerrit Weissflog

Institut Max Planck d'écologie chimique, Hans-Knöll Straße 8, D-07745, Iéna, Allemagne

Franziska Eberl et Daniel Veit

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NJ.J., BSH et MK ont conçu le plan de recherche et NJ.J. réalisé la plupart des expériences. HC a mené des expériences SSR. FE et DV ont construit le dispositif d'exposition à l'ozone. NJ.J et KW ont analysé et quantifié les composés de phéromones. JW a synthétisé des composés synthétiques. NJ.J. analysé les données expérimentales. NJ.J., BSH et MK ont rédigé l'article. Tous les auteurs ont édité le manuscrit.

Correspondance à Markus Knaden.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie Sylvia Anton et les autres examinateurs anonymes pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

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Réimpressions et autorisations

Jiang, NJ., Chang, H., Weißflog, J. et al. L'exposition à l'ozone perturbe la communication sexuelle des insectes. Nat Commun 14, 1186 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36534-9

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Reçu : 28 octobre 2022

Accepté : 06 février 2023

Publié: 14 mars 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-023-36534-9

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