The Eurasian spruce bark beetle Dendroctonus micans is a major pest of spruce which is expanding its range in France, Turkey, England and Wales. Its monospecific predator Rhizophagus grandis has followed naturally the bark beetle into most areas and, since the 1960s, has also been mass-produced and successfully released within newly infested locations. In this scope, the development of an effective trapping method would be very useful to assess the bark-beetle presence at previously uninfested sites, or predator establishment after release or natural spread. We demonstrated the efficiency of oxygenated monoterpenes-baited kairomone traps to monitor R. grandis in various epidemiological conditions, including areas localized behind or at the limit of the pest’s distribution, or in areas where artificial releases were performed. Because the predator is strictly species-specific, another exciting possibility offered by the kairomone trapping is the indirect monitoring of the pest itself in areas of unknown status (e.g. areas under colonization, or considered as at risk at medium- term). R. grandis is also considered as one of the most valuable natural enemies to strike aggressive North-American Dendroctonus species. In this respect, R. grandis has been recently applied in a neo-classical biological program against the red turpentine beetle D. valens, which invaded China from North America in the late 1990’s. In laboratory tests conducted on pine logs in the laboratory, or on living pine trees in the field, we demonstrated that R. grandis adults can successfully enter and reproduce into D. valens galleries. In Europe, R. grandis is the only species regularly found in the brood systems of D. micans, where adults and larvae attack the gregarious larvae of their prey. In such enclosed systems, R. grandis’ functional response is therefore influenced by various interrelated components, such as the prey density, the predator density, or the prey distribution. Measuring the predator’s success in terms of larval survival and growth rates, we demonstrated the time spent by R. grandis larvae to wound and kill their prey to be the main factor limiting their development. This factor may be considerably influenced by the proportions of diseased, wounded or molting prey rise in the brood system, for instance as a result of an increase in prey density, or due to the presence of conspecific adults (which wound their prey but do not consume them entirely). Furthermore, our tests suggest that no cannibalism or noticeable intraspecific competition occurred between R. grandis larvae, whereas some lighter mode of competition probably took place. R. grandis also exhibits a reproductive numerical response to prey density, which mainly relies on the perception of chemical stimuli and inhibitors released in the bark beetle brood system. In the current study, we developed a non-destructive approach to follow the dynamics of volatile compound production, using sequential sample collection on SPME fibers. Our tests demonstrated that the larval activity of D. micans or D. valens strongly influences the release of some oxygenated monoterpenes. However, our attempts to correlate the relative quantities of some identified chemicals to offspring production were less successful as it concerns the identification of potential oviposition stimuli and inhibitors. The problematic rose by the progression of D. micans, as well as detailed results of each of the described above studies are discussed in the two published papers and the three manuscripts forming this thesis. Bringing all these studies together, several perspectives are also presented in the general discussion. / Ravageur des épicéas, Dendroctonus micans est toujours en voie d’extension en France, en Turquie, en Angleterre et au Pays de Galles. Dans la plupart de ces zones, le dendroctone est accompagné de manière naturelle par son prédateur monospécifique, Rhizophagus grandis. Depuis les années 1960, le prédateur a également fait l’objet d’une production de masse et de programmes de lâchers dans les zones d’arrivée récente du scolyte. Dans le cadre de la lutte biologique contre D. micans, les gestionnaires forestiers doivent donc estimer au plus tôt la présence du ravageur dans des zones jusque là indemnes, mais également vérifier l’établissement du prédateur par progression naturelle ou résultant d’introductions délibérées. Dans la présente étude, nous avons démontré l’efficacité de pièges d’interception appatés à l’aide de monoterpènes oxygénés pour la capture de R. grandis. Celle-ci s’est faite dans différentes conditions épidémiologiques, incluant notamment des zones situées en arrière du front de progression du scolyte et des zones où des lâchers artificiels ont été réalisés. Comme R. grandis est strictement inféodé au dendroctone, un autre avantage de la technique est la possibilité de réaliser un dépistage indirect du ravageur dans les zones où son statut est incertain (zones en cours de colonisation, ou considérées comme à risque à moyen terme). Par ailleurs, R. grandis est également considéré comme un des meilleurs ennemis naturels potentiels pour lutter contre d’autres espèces de Dendroctonus aggressifs. Dans cette optique, R. grandis a été récemment utilisé dans un programme de lute biologique contre D. valens, ravageur invasif arrivé en Chine dans la fin des années 1990 en provenance d’Amérique du Nord. Nous avons démontré la capacité de R. grandis à s’introduire et à se reproduire dans les galeries de D. valens lors de tests de laboratoire, mais aussi sur des arbres vivants en pinèdes. En Europe, R. grandis est strictement inféodé aux galeries de D. micans, où larves et adultes du prédateur s’attaquent aux larves grégaires du scolyte. Dans ce système clos, la réponse fonctionelle de R. grandis est influencée par plusieurs facteurs étroitement corrélés, la densité de proies, la densité de prédateurs, et la distribution des proies. En mesurant l’efficacité de prédation de R. grandis en termes de survie des larves et de taux de croissance, nous avons démontré l’influence sur leur développement du temps passé par les larves à blesser et à tuer leurs proies. Ce facteur est par ailleurs fortement dépendant de la proportion de larves malades, blessées ou en cours de mue au sein du système ; une proportion qui peut augmenter en réponse à une augmentation de la densité de proies, ou lorsque des adultes sont présents (ceux-ci blessent les proies mais ne les consomment pas entièrement). Enfin, nos tests suggèrent qu’il n’existe que peu de cannibalisme ou de compétition intraspécifique entre larves de R. grandis, tandis que des modes de compétition moins importants prennent vraisemblablement place. R. grandis présente également une réponse numérique reproductive à la densité de proies disponibles, principalement basée sur la perception de stimuli et d’inhibiteurs présents dans les galeries du scolyte. Par la collecte de composés volatils présents dans ces systèmes à l’aide de fibres SPME, nous avons développé une méthode non-destructive pour suivre la dynamique de production des médiateurs chimiques. Nos tests ont démontré que l’activité des larves de D. micans ou D. valens influence fortement la dynamique de production de certains monoterpènes oxygénés. En revanche, il n’a pas été été possible de corréler les différents composés identifiés au nombre de larves de R. grandis présentes dans le système. La problématique soulevée par la progression de D. micans, de même que les résultats détaillés de chacune des études décrites ci-dessus sont discutés dans les deux papiers publiés et les trois manuscrits formant cette thèse. Les différentes perspectives apportées par ce travail sont également présentées dans la discussion générale.

Rhizophagus grandis is one of the rare examples of totally specific predators: it only preys upon the bark beetle Dendroctonus micans in its native range (Europe and Asia). In the course of coevolution in such predator-prey systems, prey are selected for avoidance and resistance mechanisms against predators. Previous laboratory trials suggested that R. grandis could lay more eggs in presence of exotic prey species with an ecology similar to that of D. micans, but which could not evolve resistances against this predator, such as the North American parasitic bark beetles D. punctatus and D. valens. The specificity of the association R. grandis-D. micans is thought to depend on chemical signals (kairomones) used by the predator to find a gallery of its prey and to adjust its oviposition to the number of prey larvae available inside. However, the exact nature of the chemical signals regulating R. grandis’ oviposition is still unknown. While these signals seem specific in nature, stimulation of the predator’s oviposition by exotic prey species suggests that specificity may be constrained by geography. Unlike most bark beetles, which kill living trees or feed on dying trees, D. micans completes its development on healthy trees as a true parasite. This niche is highly defended by tree toxicants (terpenes among others) to which both D. micans and R. grandis are resistant. Insects possess their own detoxification processes, but they may also rely on symbiotic microorganisms (bacteria and fungi) to contend with the specific constraints of their niche. In comparison to other bark beetles, microbial communities of parasitic bark beetles are yet poorly known, as in the case of D. micans and D. punctatus. Apart from detoxification, insect symbionts may provide nutritional supplementation, protection against pathogens, or components of the chemical communication, which affect the hosts as well as partners of the tritrophic relationship tree-bark beetle-natural enemies. The system R. grandis-D. micans is a unique opportunity to study several aspects of this coevolution which are poorly understood to date. The objectives of this thesis were:- (1) the comparison of the oviposition performances of R. grandis on the specific prey D. micans, and on the exotic prey D. punctatus and D. valens, in order to emphasize possible prey resistance mechanisms; - (2) the identification of the chemical signals regulating R. grandis’ oviposition, and the evaluation of their role in the specificity of the association with D. micans, in presence of the exotic prey D. punctatus and D. valens; - (3) the characterization of the bacterial and fungal communities associated with non-aggressive populations of the bark beetles D. micans, D. punctatus and D. valens, and investigating how these microbial symbionts may affect bark beetle hosts in respect of their ecology as well as the tritrophic relationship tree-bark beetle-natural enemies. Our results show that R. grandis laid equivalent numbers of eggs with the native prey D. micans and with the exotic prey D. punctatus and D. valens, which could illustrate that R. grandis’ specificity is constrained by geography but which does not emphasize possible prey resistance mechanisms against the long-standing predator. We identified robust candidates to the stimulation and inhibition of R. grandis’ oviposition which should be confirmed in bioassays. Finally, we report that the bacterial and fungal communities of non-aggressive populations of D. micans, D. punctatus and D. valens are mainly composed of widespread environmental Enterobacteria and yeasts, and we discuss the various ways they may influence bark beetle hosts in respect of their life histories including the attacked trees and their natural enemies. Overall, this thesis illustrates the need to encompass all levels of complexity, from prey symbionts and semiochemicals to predators, to study systems like R. grandis-D. micans. / Rhizophagus grandis est un des rares exemples de prédateurs totalement spécifiques :présent en Europe et en Asie, il se nourrit exclusivement du scolyte Dendroctonus micans. Dans de telles associations, la coévolution prédateur-proie mène à la sélection de mécanismes d’évitement ou de résistance chez la proie, contre le prédateur. De précédentes observations en laboratoire ont suggéré que R. grandis pouvait pondre davantage d’œufs en présence de proies exotiques d’écologie comparable à celle de D. micans, mais qui n’auraient pu développer de résistance à l’encontre de ce prédateur, à l’instar des scolytes parasitiques nord-américains D. punctatus et D. valens. Il semble que la spécificité de l’association R. grandis-D. micans repose sur des signaux chimiques (kairomones) qui permettent au prédateur de repérer les galeries de sa proie et d’y ajuster le nombre d’œufs déposé à la quantité de larves de proies disponible. Néanmoins, on ignore encore la nature exacte des signaux régulant l’oviposition de R. grandis. Le fait que l’oviposition soit stimulée par des proies exotiques indique que la spécificité de cette association pourrait être limitée par des barrières géographiques. Contrairement à la plupart des scolytes qui tue des arbres ou s’attaque à des arbres mourants, D. micans se développe intégralement sur des arbres en bonne santé, en véritable parasite. Cette niche est fortement défendue par les composés toxiques de l’arbre (en particulier les terpènes), auxquels à la fois D. micans et R. grandis sont résistants. Certains insectes possèdent leurs propres processus de détoxification, mais ils peuvent également bénéficier de l’aide de microorganismes symbiotiques (bactéries et champignons). En comparaison avec les autres scolytes, les communautés microbiennes associées aux scolytes parasitiques est très peu documentée, comme dans le cas de D. micans et D. punctatus. En dehors de la détoxification, les symbiotes d’insectes peuvent contribuer à leur nutrition, les protéger contre des pathogènes, ou intervenir dans la communication chimique, ce qui affecte leurs hôtes comme les autres acteurs de la relation tritrophique arbre-scolyte-ennemi naturel. L’association R. grandis-D. micans est une opportunité unique d’étudier des aspects méconnus de la coévolution. Les objectifs de cette thèse étaient de :- (1) comparer le nombre d’œufs pondu par R. grandis sur sa proie spécifique, D. micans, et sur les proies exotiques D. punctatus et D. valens, afin de mettre en évidence de possibles résistances ;- (2) identifier les signaux chimiques qui régulent l’oviposition de R. grandis, et évaluer leur rôle dans la spécificité de l’association avec D. micans, en présence des proies exotiques D. punctatus et D. valens ;- (3) caractériser les communautés bactérienne et fongique associées aux populations parasitiques des scolytes D. micans, D. punctatus et D. valens, et investiguer comment ces microorganismes symbiotiques peuvent influencer leurs hôtes, selon leurs contraintes écologiques, ainsi que leurs ennemis naturels et arbres-hôtes. Nos résultats révèlent une oviposition équivalente de R. grandis en présence de la proie native D. micans et des proies exotiques D. punctatus et D. valens, ce qui illustre que la spécificité de cette association pourrait être limitée par des barrières géographiques mais ne met pas en évidence de possibles résistances à l’encontre du prédateur de longue date. Nous avons identifié des candidats robustes à la stimulation et à l’inhibition de la ponte de R. grandis, et leur rôle devrait être confirmé par des bioessais. Enfin, nous rapportons que la communauté microbienne associée aux populations parasitiques des scolytes D. micans, D. punctatus et D. valens est principalement constituée d’Entérobactéries et de levures répandues, et nous discutons des différentes façons dont ces symbiotes peuvent affecter leurs hôtes et autres acteurs de la relation tritrophique arbre-scolyte-ennemi naturel, selon leurs écologies respectives. Dans son ensemble, cette thèse souligne l’importance de considérer tous les niveaux de complexité biologique, des microorganismes associés aux proies jusqu’aux prédateurs, afin d’étudier des systèmes comme R. grandis-D. micans. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The Eurasian spruce bark beetle Dendroctonus micans is a major pest of spruce which is expanding its range in France, Turkey, England and Wales. Its monospecific predator Rhizophagus grandis has followed naturally the bark beetle into most areas and, since the 1960s, has also been mass-produced and successfully released within newly infested locations. <p>In this scope, the development of an effective trapping method would be very useful to assess the bark-beetle presence at previously uninfested sites, or predator establishment after release or natural spread. We demonstrated the efficiency of oxygenated monoterpenes-baited kairomone traps to monitor R. grandis in various epidemiological conditions, including areas localized behind or at the limit of the pest’s distribution, or in areas where artificial releases were performed. Because the predator is strictly species-specific, another exciting possibility offered by the kairomone trapping is the indirect monitoring of the pest itself in areas of unknown status (e.g. areas under colonization, or considered as at risk at medium- term).<p>R. grandis is also considered as one of the most valuable natural enemies to strike aggressive North-American Dendroctonus species. In this respect, R. grandis has been recently applied in a neo-classical biological program against the red turpentine beetle D. valens, which invaded China from North America in the late 1990’s. In laboratory tests conducted on pine logs in the laboratory, or on living pine trees in the field, we demonstrated that R. grandis adults can successfully enter and reproduce into D. valens galleries. <p>In Europe, R. grandis is the only species regularly found in the brood systems of D. micans, where adults and larvae attack the gregarious larvae of their prey. In such enclosed systems, R. grandis’ functional response is therefore influenced by various interrelated components, such as the prey density, the predator density, or the prey distribution. Measuring the predator’s success in terms of larval survival and growth rates, we demonstrated the time spent by R. grandis larvae to wound and kill their prey to be the main factor limiting their development. This factor may be considerably influenced by the proportions of diseased, wounded or molting prey rise in the brood system, for instance as a result of an increase in prey density, or due to the presence of conspecific adults (which wound their prey but do not consume them entirely). Furthermore, our tests suggest that no cannibalism or noticeable intraspecific competition occurred between R. grandis larvae, whereas some lighter mode of competition probably took place. <p>R. grandis also exhibits a reproductive numerical response to prey density, which mainly relies on the perception of chemical stimuli and inhibitors released in the bark beetle brood system. In the current study, we developed a non-destructive approach to follow the dynamics of volatile compound production, using sequential sample collection on SPME fibers. Our tests demonstrated that the larval activity of D. micans or D. valens strongly influences the release of some oxygenated monoterpenes. However, our attempts to correlate the relative quantities of some identified chemicals to offspring production were less successful as it concerns the identification of potential oviposition stimuli and inhibitors. <p>The problematic rose by the progression of D. micans, as well as detailed results of each of the described above studies are discussed in the two published papers and the three manuscripts forming this thesis. Bringing all these studies together, several perspectives are also presented in the general discussion. <p>/<p>Ravageur des épicéas, Dendroctonus micans est toujours en voie d’extension en France, en Turquie, en Angleterre et au Pays de Galles. Dans la plupart de ces zones, le dendroctone est accompagné de manière naturelle par son prédateur monospécifique, Rhizophagus grandis. Depuis les années 1960, le prédateur a également fait l’objet d’une production de masse et de programmes de lâchers dans les zones d’arrivée récente du scolyte.<p>Dans le cadre de la lutte biologique contre D. micans, les gestionnaires forestiers doivent donc estimer au plus tôt la présence du ravageur dans des zones jusque là indemnes, mais également vérifier l’établissement du prédateur par progression naturelle ou résultant d’introductions délibérées. Dans la présente étude, nous avons démontré l’efficacité de pièges d’interception appatés à l’aide de monoterpènes oxygénés pour la capture de R. grandis. Celle-ci s’est faite dans différentes conditions épidémiologiques, incluant notamment des zones situées en arrière du front de progression du scolyte et des zones où des lâchers artificiels ont été réalisés. Comme R. grandis est strictement inféodé au dendroctone, un autre avantage de la technique est la possibilité de réaliser un dépistage indirect du ravageur dans les zones où son statut est incertain (zones en cours de colonisation, ou considérées comme à risque à moyen terme).<p>Par ailleurs, R. grandis est également considéré comme un des meilleurs ennemis naturels potentiels pour lutter contre d’autres espèces de Dendroctonus aggressifs. Dans cette optique, R. grandis a été récemment utilisé dans un programme de lute biologique contre D. valens, ravageur invasif arrivé en Chine dans la fin des années 1990 en provenance d’Amérique du Nord. Nous avons démontré la capacité de R. grandis à s’introduire et à se reproduire dans les galeries de D. valens lors de tests de laboratoire, mais aussi sur des arbres vivants en pinèdes. <p>En Europe, R. grandis est strictement inféodé aux galeries de D. micans, où larves et adultes du prédateur s’attaquent aux larves grégaires du scolyte. Dans ce système clos, la réponse fonctionelle de R. grandis est influencée par plusieurs facteurs étroitement corrélés, la densité de proies, la densité de prédateurs, et la distribution des proies. En mesurant l’efficacité de prédation de R. grandis en termes de survie des larves et de taux de croissance, nous avons démontré l’influence sur leur développement du temps passé par les larves à blesser et à tuer leurs proies. Ce facteur est par ailleurs fortement dépendant de la proportion de larves malades, blessées ou en cours de mue au sein du système ;une proportion qui peut augmenter en réponse à une augmentation de la densité de proies, ou lorsque des adultes sont présents (ceux-ci blessent les proies mais ne les consomment pas entièrement). Enfin, nos tests suggèrent qu’il n’existe que peu de cannibalisme ou de compétition intraspécifique entre larves de R. grandis, tandis que des modes de compétition moins importants prennent vraisemblablement place.<p>R. grandis présente également une réponse numérique reproductive à la densité de proies disponibles, principalement basée sur la perception de stimuli et d’inhibiteurs présents dans les galeries du scolyte. Par la collecte de composés volatils présents dans ces systèmes à l’aide de fibres SPME, nous avons développé une méthode non-destructive pour suivre la dynamique de production des médiateurs chimiques. Nos tests ont démontré que l’activité des larves de D. micans ou D. valens influence fortement la dynamique de production de certains monoterpènes oxygénés. En revanche, il n’a pas été été possible de corréler les différents composés identifiés au nombre de larves de R. grandis présentes dans le système. <p>La problématique soulevée par la progression de D. micans, de même que les résultats détaillés de chacune des études décrites ci-dessus sont discutés dans les deux papiers publiés et les trois manuscrits formant cette thèse. Les différentes perspectives apportées par ce travail sont également présentées dans la discussion générale.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished