TITRE : Modalités d’Acquisition de leur Champignon Symbiotique par les Termites de la famille des Macrotermitinae Acronyme : MACSyTerm Nom et coordonnées des participants : Nom de la structure Nom des membres de l'équipe projet grade Etablissements Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement iEES Paris Corinne ROULAND-LEFEVRE DR1 IRD Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement iEES Paris Michel DIOUF MC UPEC Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement iEES Paris Virginie ROY MC UPEC Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement iEES Paris David SILLAM-DUSSES CR IRD Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement iEES Paris Isabel MONTEIRO T IRD Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité ISYEB Marc-André SELOSSE PR MNHN Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité ISYEB Josie LAMBOURDIERE AI MNHN Problématiques et résultats attendus Dans les écosystèmes terrestres tropicaux, les termites représentent la macrofaune du sol la plus abondante. Grâce à l’existence de relations symbiotiques étroites avec des microorganismes endogènes (protozoaires, bactéries) ou exogènes (champignons), ces insectes jouent un rôle clé dans un certain nombre de services écosystémiques tels que la minéralisation du carbone et de l’azote (1). Parmi les espèces de termites tropicaux, les termites champignonnistes (Termitidae, Macrotermitinae) sont particulièrement efficaces dans le recyclage de la matière organique (2). Le fort impact écologique de ces insectes sociaux est dû à leur biomasse élevée mais surtout à l’existence d’une symbiose digestive originale avec un champignon basidiomycète, du genre Termitomyces, que ces termites cultivent dans leur termitière (3). C’est une symbiose obligatoire, l’un ne pouvant exister sans l’autre, et très spécifique, puisque le plus souvent une espèce de Termitomyces est associée à une espèce de termites (4, 5). Grâce aux avancées de la biologie moléculaire, nos connaissances sur les modalités de cette symbiose ont été largement documentées mais aucune réponse n’a encore été apportée sur le mode d’acquisition du champignon spécifique lors de la fondation de nouvelles colonies (7, 8, 9, 10). Deux modes de transmission du symbiote peuvent être envisagés : (i) une transmission verticale : les sexués fondateurs possèdent dans leur tube digestif des propagules du champignon et « ensemencent » la colonie, (ii) une transmission horizontale : les premiers ouvriers de la nouvelle colonie récoltent, de manière spécifique, dans l’environnement les spores du champignon lors de sa fructification. Ce dernier mécanisme est très risqué puisqu’il repose sur la fructification des champignons qui est elle-même fortement dépendante des conditions environnementales (température, humidité, précipitations). En conséquence les changements climatiques qui sont à prévoir pour les prochaines décennies pourraient modifier les assemblages d’espèces de termites champignonnistes en favorisant les espèces à transmission verticale. Les différentes espèces n’ayant pas les mêmes fonctions dans le milieu, des changements dans leur diversité et leur distribution pourraient impacter durablement le fonctionnement des écosystèmes tropicaux. Ce projet court vise donc à développer des méthodologies fiables permettant de caractériser le mode de transmission du Termitomyces chez plusieurs espèces de termites actuellement en élevage au laboratoire en associant des analyses moléculaires et comportementales. Il est donc en complète rupture avec les études actuelles sur la symbiose qui, n’ayant pas la maîtrise des élevages, privilégient le « tout moléculaire » ce qui ne leur permet que de suggérer des mécanismes de transmission sans en apporter ni la preuve directe ni les mécanismes. La mise en évidence de la présence de spores de Termitomyces dans le tube digestif des termites fondateurs (transmission verticale) versus les capacités de détection des spores fongiques de leur Termitomyces par les ouvriers (transmission horizontale) nous permettront d’apporter de nouvelles réponses et constitueront, à terme, les bases essentielles à une étude de l’impact des changements climatiques dans les écosystèmes tropicaux à travers l’évolution des mosaïques d’espèces de termite. Principes méthodologiques (1000 sgn maximum) L’étude reposera sur une étroite collaboration entre les deux laboratoires impliqués dans le projet, chacun ayant en charge un volet du projet en relation avec ses compétences. Elle répondra à deux questions : 1 - Le Termitomyces est-il présent dans le tube digestif des couples fondateurs à l’essaimage et persiste-t-il au cours du temps ? (transmission verticale) (Laboratoire MNHN) : Cette étude sera faite sur des termites ailés reproducteurs de Macrotermes subhyalinus récoltés en novembre 2014 au zoo de Berne et avec lesquels nous avons réalisé plus de 600 fondations de colonies. Depuis la date d’essaimage jusqu’à maintenant nous avons régulièrement collecté des reproducteurs mâles et femelles. Une recherche systématique de l’ADN fongique sera effectuée par barcoding dans le tube digestif des reproducteurs par les mycologues de l’UMR ISYEB en s’appuyant sur la plateforme moléculaire de typage de l’UMS 7200. - Les spores de leur Termitomyces sont-elles reconnues par les termites ouvriers ? (transmission horizontale) : Récemment, nous avons pu démontrer l'existence d'une «odeur» spécifique pour chaque Termitomyces (meules à champignon et mycotêtes) chez trois espèces de Macrotermes (11). Des tests de choix seront réalisés en proposant aux ouvriers de termites champignonnistes (Macrotermes subhyalinus, M. bellicosus, Odontotermes sp…), actuellement en élevage au laboratoire ou chez des partenaires, des spores de leur espèce associée ou d’autres espèces de Termitomyces, en collection au laboratoire. Explicitation du côté novateur du projet (500 sgn maximum) L'approche proposée est totalement novatrice. D’une part elle repose sur une analyse comportementale pointue des espèces de termites qui n’est possible que grâce à l'existence sur le centre de recherche de l'IRD France Nord d’une salle de l'élevage de termites tropicaux unique au monde. D’autre part elle réunit deux équipes aux compétences adaptées et complémentaires : DIIM sur les termites au niveau de la reproduction, du comportement, de la physiologie digestive et de la communication chimqiue ; ISYEB sur les champignons, les codes barres fongique, la génétique des populations fongiques et les symbioses fongiques. Perspectives (500sgn) : Les outils étant mis au point, une recherche systématique des modes de transmission chez d’autres espèces de termites champignonnistes sera réalisée (i) pour déterminer l'importance relative de la transmission verticale versus horizontale (ii) pour caractériser l'importance de la spécificité dans la symbiose termite/Termitomyces pour le succès de cette association (iii) pour estimer l’évolution des assemblages de termites champignonnistes en fonction des changements climatiques et en déduire un scénario évolutif de l’impact de ces termites sur les écosystèmes tropicaux. Budget prévisionnel Fonctionnement Petits matériel et produit pour les tests comportementaux Analyse moléculaire sur la plateforme de l'UMS 7200 du MNHN Coût Financement demandé 4 000€ 1 500€ 3 000€ 2 000€ Analyse moléculaire au laboratoire 1 500€ Matériel d'élevage 1 000€ 500€ 2 missions Paris-Berne 850€ 850€ Total 10 350€ 4 850€ Missions L'utilisation du matériel et les fluides sont à la charge des laboratoires References 1 : Lavelle P. et al. (1997) Eur J Soil Biol. 33,159-193 2 : Bignell D.E. et al (1996) In Forest and Insect. Chapman and Hall, 109-134 3 : Grassé P.P. (1986) Termitologia Vol.III. Masson Paris 4 : Wood T.G. & Thomas R.J. (1989) In Insect-fungus interactions. Academic Press, London, 69-92 5 : Rouland-Lefevre C. (2000) In Termites, Evolution, Sociality, Symbiosis, Ecology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 289-306 6 : Rouland-Lefevre (2011) In Biology of termites a modern synthesis. Springer, 499-518. 7 :Rouland C. et al. (2002) Mol. Phylogenet Evol, 22: 1-7. 8 Aanen DK. et al. (2002) PNAS, 99: 14887-892 9 : Korb J. & Aanen DK (2003) Behavior. Ecol. Sociobiol., 53: 65-71 10 : Nobre T. et al. (2011) In Biology of termites a modern synthesis. Springer, 193-210. 11 : Rouland et Mathieu (2014) GDR Médiation chimique dans l’environnement – Ecologie chimique, Paris, France 28-30/10/2014