Two genomes of highly polyphagous lepidopteran pests (Spodoptera frugiperda, Noctuidae) with different host-plant ranges

Anaïs Gouin; Anthony Bretaudeau; Kiwoong Nam; Sylvie Gimenez; Jean-Marc Aury; Bernard Duvic; Frederique Hilliou; Nicolas Durand; Nicolas Montagné; Isabelle Darboux; Suyog Kuwar; Thomas Chertemps; David Siaussat; Anne Bretschneider; Yves Moné; Seung-Joon Ahn; Sabine Hänniger; Anne-Sophie Gosselin Grenet; David Neunemann; Florian Maumus; Isabelle Luyten; Karine Labadie; Wei Xu; Fotini A. Koutroumpa; Jean-Michel Escoubas; Angel Llopis; Martine Maïbèche-Coisne; Fanny Salasc; Archana Tomar; Alisha R Anderson; Sher Afzal Khan; Pascaline Dumas; Marion Orsucci; Julie Guy; Caroline Belser; Adriana A. Alberti; Benjamin Noel; Arnaud Couloux; Jonathan Mercier; Sabine Nidelet; Emeric Dubois; Nai-Yong Liu; Isabelle Boulogne; Olivier Mirabeau; Gaelle Le Goff; Karl Gordon; John Oakeshott; Fernando L Consoli; Anne-Nathalie Volkoff; Howard W Fescemyer; James H Marden; Dawn S Luthe; Salvador Herrero; David G Heckel; Patrick Wincker; Gael J Kergoat; Joelle Amselem; Hadi Quesneville; Astrid T Groot; Emmanuelle Jacquin-Joly; Nicolas Nègre; Claire Lemaitre; Fabrice Legeai; Emmanuelle D’alençon; Philippe Fournier

doi:10.1038/s41598-017-10461-4

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Two genomes of highly polyphagous lepidopteran pests (Spodoptera frugiperda, Noctuidae) with different host-plant ranges

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Two genomes of highly polyphagous lepidopteran pests (Spodoptera frugiperda, Noctuidae) with different host-plant ranges

Anaïs Gouin, Anthony Bretaudeau, Kiwoong Nam, Sylvie Gimenez, Jean-Marc Aury, Bernard Duvic, Frederique Hilliou, Nicolas Durand, Nicolas Montagné, Isabelle Darboux, …

Scientific Reports, Vol.7(1), pp.1-12

12/2017

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-10461-4

PMID: 28947760

Abstract

lepidoptera

noctuidae

spodoptera frugiperda

détoxification

Emergence of polyphagous herbivorous insects entails significant adaptation to recognize, detoxify and digest a variety of host-plants. Despite of its biological and practical importance - since insects eat 20% of crops - no exhaustive analysis of gene repertoires required for adaptations in generalist insect herbivores has previously been performed. The noctuid moth Spodoptera frugiperda ranks as one of the world’s worst agricultural pests. This insect is polyphagous while the majority of other lepidopteran herbivores are specialist. It consists of two morphologically indistinguishable strains (“C” and “R”) that have different host plant ranges. To describe the evolutionary mechanisms that both enable the emergence of polyphagous herbivory and lead to the shift in the host preference, we analyzed whole genome sequences from laboratory and natural populations of both strains. We observed huge expansions of genes associated with chemosensation and detoxification compared with specialist Lepidoptera. These expansions are largely due to tandem duplication, a possible adaptation mechanism enabling polyphagy. Individuals from natural C and R populations show significant genomic differentiation. We found signatures of positive selection in genes involved in chemoreception, detoxification and digestion, and copy number variation in the two latter gene families, suggesting an adaptive role for structural variation.

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Details

Title: Two genomes of highly polyphagous lepidopteran pests (Spodoptera frugiperda, Noctuidae) with different host-plant ranges
Creators - without role: Anaïs Gouin - Genomics
Anthony Bretaudeau - Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes
Kiwoong Nam - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Sylvie Gimenez - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Jean-Marc Aury - Génomique métabolique
Bernard Duvic - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Frederique Hilliou - Institut Sophia Agrobiotech
Nicolas Durand - Sorbonne Université
Nicolas Montagné - Sorbonne Université
Isabelle Darboux - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Suyog Kuwar - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Thomas Chertemps - Sorbonne Université
David Siaussat - Sorbonne Université
Anne Bretschneider - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Yves Moné - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Seung-Joon Ahn - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Sabine Hänniger - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Anne-Sophie Gosselin Grenet - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
David Neunemann - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Florian Maumus - Centre Hospitalier de Versailles
Isabelle Luyten - Centre Hospitalier de Versailles
Karine Labadie - Genoscope
Wei Xu - Murdoch University
Fotini A. Koutroumpa - Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement
Jean-Michel Escoubas - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Angel Llopis - Universitat Politècnica de València
Martine Maïbèche-Coisne - Sorbonne Université
Fanny Salasc - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Archana Tomar - Centre for DNA Fingerprinting and Diagnostics
Alisha R Anderson - Ecosystem Sciences
Sher Afzal Khan - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Pascaline Dumas - Naturalis Biodiversity Center
Marion Orsucci - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Julie Guy - Genoscope
Caroline Belser - Génomique Métabolique du Genoscope
Adriana A. Alberti - Genoscope
Benjamin Noel - Génomique Métabolique du Genoscope
Arnaud Couloux - Génomique Métabolique du Genoscope
Jonathan Mercier - Génomique Métabolique du Genoscope
Sabine Nidelet - Université de Montpellier, Institut de Génomique Fonctionnelle - IGF
Emeric Dubois - Université de Montpellier, Institut de Génomique Fonctionnelle - IGF
Nai-Yong Liu - Southwest Forestry University
Isabelle Boulogne - Sorbonne Université
Olivier Mirabeau - Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement
Gaelle Le Goff - Institut Sophia Agrobiotech
Karl Gordon - Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation
John Oakeshott - Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation
Fernando L Consoli - Universidade de São Paulo
Anne-Nathalie Volkoff - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Howard W Fescemyer - Pennsylvania State University
James H Marden - Pennsylvania State University
Dawn S Luthe - Pennsylvania State University
Salvador Herrero - Universitat Politècnica de València
David G Heckel - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Patrick Wincker - Génomique Métabolique du Genoscope
Gael J Kergoat - Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement
Joelle Amselem - Centre Hospitalier de Versailles
Hadi Quesneville - Centre Hospitalier de Versailles
Astrid T Groot - Max Planck Institute for Chemical Ecology
Emmanuelle Jacquin-Joly - Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement
Nicolas Nègre - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Claire Lemaitre - Genomics
Fabrice Legeai - Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes
Emmanuelle D’alençon - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Philippe Fournier - Université de Montpellier, Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Publication Details: Scientific Reports, Vol.7(1), pp.1-12
Grant note: Genoscope project AP2010; French National Research Agency [ANR-12-BSV7-0004-01]; Institut Universitaire de France; USDA AFRI [2010-65106-20656]
Identifiers: 9939798709311
Academic Unit: Institut de Génomique Fonctionnelle - IGF; Diversité, Génomes et Interactions Microorganismes-Insectes - DGIMI
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-01633879