Role des corpora allata sur la pigmentation de Gryllus bimaculatus DeG

J. Insect Physiol.,

1966,Vol. 12, pp. 1085 to 1092. Pergamon Press Ltd. Printed in Great Britain

ROLE DES CORPORA ALLATA SUR LA PIGMENTATION DE GRYLLUS BIMACULATUS DEG. J.-P.

ROUSSEL

Laboratoire de Biologie G&r&ale, FacultC des Sciences, (67) Strasbourg, France (Received 18 Muwh 1966)

Abstract-The pigmentation of Gryllus bimaculatus under laboratory conditions is variable and determined by a black and a yellow pigment. Implantation of a pair of corpora allata of an adult male or female into larvae of the last but one or the last instar induces at the subsequent moult an overall clearing of the cuticle, due to the dispersion or the disappearance of the black pigment. Extirpation of the corpora allata in the last but one or the last instar induces at the subsequent moult a complete black pigmentation in all the operated animals. It thus appears that the corpora allata play an important role in the determination of pigmentation in G?ryllu.s&.aculatus, most likely by inhibiting a melanogen hormone produced by another endocrine organ.

INTRODUCTION

L%TUDEdu d&tern-A&me de l’adaptation chromatique mor.phologique des Insectes a montre que divers. mecanismes endocrines etaient concern&. Chez Melanoplus dt$e’elentialis, WEED-PFEIFFER (1942) annoncait que l’implantation de 2 a 6 corpora allata a des- larves induisait la pigmentation verte du sang des adultes qui en etaient issus. De m&me P. JOLY(1952) sur Acrida turvita et Locusta migratoriu a&i que L. JOLY (1960) mettent en evidence l’action des corpora allata dont l’implantation transforme une larve testacee en un individu vert a la mue suivante. Sur Pieris rapae, HIDAKAet OHTAKI(1963) ont montre que l’injection d’hormone juvenile produisait une t&he verte sur la nymphe brune. Le Phasme (DUPONT-RAABE,1957) p resente A la fois une adaptation chromatique physiologique et une autre morphologique, assez difficiles a distinguer. Neanmoins, dans cette derniere, les corpora allata jouent un r61e en relation avec la glande ventrale. L’hormone de mue, chez les embryons de Locustanaet de Locusta (JONES,1956) est necessaire a la formation de la melanine. Enfin, le systeme nerveux lui-m&me secrete des hormones agissant sur la pigmentation. C’est le cerveau ou le ganglion prothoracique chez Papilio xuthus (HIDAKA,1960, 1961) et Bombyx mori (HASHIGUCHI, 1962). De m&me, la production dune hormone melanogene a ettc mise en evidence chez Calliphora (FRAENKEL et HSIAO, 1962, 1963) et Locusta (GIRARDIEet CAZAL, 1965) a partir des cellules 1085

1086

J.-P. ROUSSEL

neurosecretrices de la pars intercerebralis, GIRARDIE (1964) ayant montre, en outre, que l’electrocoagulation de ces cellules entrainait une d&pigmentation a la mue suivante.

MATERIEL

ET TECHNIQUES

Les conditions d’elevage des Grillons sont inspirees de celles utilisees par FUZEAU-BRAESCH(1960) et gardees autant que possible constantes. La temperature de la piece est au voisinage de 29°C; de plus, dans les cages d’adultes et dans certaines cages de larves, on place des resistances Clectriques qui permettent aux Grillons de choisir une temperature plus &levee. Quelques lampes, r&parties dans la Salle d’elevage, entretiennent un Cclairage assez faible pendant 12 h. par p&ode de 24 h. On n’a pas p&e attention a l’humidite. Les ad&es sont ClevCs dans de grandes cages vitrees et grillagees. De petits cristallisoirs d’acces facile (carton ondule au pourtour), remplis de terreau tamise et maintenus humides, font office de pondoirs. Ces pondoirs sont changes toutes les semaines et places dans de grands cristallisoirs 8 la temperature de la piece. Les jeunes Cclosent et sautent dans les grands cristallisoirs. Au debut de la vie larvaire, les jeunes sont conserves dans le meme recipient de verre. A partir de l’avant-dernier stade larvaire (ADSL), ils peuvent Ctre group& en individus dates en vue des experiences. En effet, il existe une t&s grande difference dans la vitesse de croissance selon les individus ; certains atteignent le stade imaginal alors que d’autres n’en sont pas encore a I’ADSL. La nourriture consiste en feuilles de salade et en farine (son, farine de ble, lait en poudre, levure de bier-e). Des abreuvoirs (tubes de verre bouches a la ouate) sont places dans chaque recipient. Dans ces conditions, les Grillons mettent 6 a 8 semaines pour devenir adultes. Pour l’implantation, les corpora allata sont preleves par dissection sur les imagos sous liquide de EPHRUSSI et BEADLE (1936). 11s sont ensuite aspires dans l’aiguille de verre d’une seringue hypodermique et inject& aux recepteurs, prealablement anesthesib au CO,, lateralement entre deux tergites de I’extrCmitC posterieure de l’abdomen. La mortalite est faible. L’ablation des corpora allata se fait de la m&me maniere que chez Locusta (L. JOLY, 1960). Les corpora allata sont bien reperables par le nerf allato-cardiaque qui est d’un blanc nacre. L’operation est compliquee par les glandes salivaires au milieu desquelles, bien souvent, se dissimulent les organes endocrines. Dans un certain nombre de cas, nous avons, en m&me temps que les corpora allata, fait l’ablation totale ou partielle des glandes salivaires. Des experiences preliminaires nous avaient montre que cette ablation n’avait aucune repercussion sur la coloration des animaux. Elle ne semble pas &re non plus la cause d’une plus forte mortalite ; tout au plus augmente-t-elle legerement la duree du stade. A la suite de l’ablation des corpora allata, la mortalite est assez importante et survient essentiellement au moment de la mue suivante. Ceci est dQ a des difficult& mecaniques de rejet de la vieille cuticule.

LA PIGMRNTATION

VARIATION

DE GRYLLUS

SPONTANBE

BIMACULATUS

1087

DEG.

DE LA PIGMENTATION

Gryllus bimaculatus presente,

an Clevage dense, une diversite de couleur determinCe par la repartition d’un pigment brun-jaune et d’un pigment noir (FUZEAU-BRAESCH,1960). 11 est indispensable d’etablir une classification des types de pigmentation afin de permettre les comparaisons et le classement des individus. La classification adoptee est inspiree de tres pres de celle de FUZEAU-BRAESCH. (A) Larves: -T&e

et thorax noirs: -t animal entierement noir . . +pattes Cclaircies . . . . . -T&te et thorax Cclaircis en par-tie . -T&e et thorax Cclaircis presque totalement

(B) Adultes : - TGte et thorax noirs : +animal entierement noir . +pattes en partie claires . +pattes totalement claires . -T&e et thorax non totalement

. . . noirs

1 2 3 4

. . . .

. . . .

.

.

.

1

. . .

. . .

. . .

2 3 4

Nous avons adopt&, comme FUZEAU-BRAESCH,deux classifications legerement differentes pour les larves et les adultes. En fait, d’ailleurs, il existe une serie continue de variations qui va du noir total a l’eclaircissement complet. Un certain nombre d’individus doivent etre classes subjectivement dans l’une ou l’autre categoric. Nous avons determine (Tableau l), tant pour le dernier stade larvaire que pour les adultes, les variations de pigmentation de la population de l’elevage. TABLEAU

~-VARIATION

SPONTAN~ DE LA PIGMENTATION DE L%LEVAGE. ONT fiTI?RxAMINlk POUR CHAQIJR GROIJPE

CENT

ANIMAUX

DSL

6 DSL

9 Adulte

d Adulte

2 3

1

13 22 57

7 35 49

6 80

0 34

4

8

9

14 0

60 6

100

100

100

100

No. de couleur

?Z=

9

Le thorax des DSL est assez souvent legisrement Cclairci, principalement sur les cot&s; c’est ce qui explique le pourcentage des individus de couleur No. 3. L’eclaircissement complet n’est pratiquement jamais reali&, mais un certain nombre d’animaux presentent une absence presque totale de pigment noir sur le thorax et une par-tie de la tete; ils ont ete classes dans la couleur No. 4. Les males adultes totalement noirs sont une rarete: nous n’en rencontrons pas un sur mille. La grande majorite de la population adulte mtie est de couleur Claire.

1888

J.-P. ROUSSEL

Chez les femelles, le noir predomine; dans notre Clevage, l’assombrissement total est peu frequent, mais 86 pour cent des femelles sont de couleur No. 1 ou No. 2, c’est-a-dire sombres. RESULTATS

D’IMPLANTATIONS

DE CORPORA ALLATA

Les corpora allata implant& sont des glandes d’adultes, indifferemment de males ou de femelles. Quelques experiences ont CtC faites en vue de mettre en evidence une difference eventuelle suivant le sexe donneur. Une distinction ne semble pas devoir s’imposer. En g&&-al, nous nous sommes content& d’implanter une paire de corpora allata; en effet, les animaux en ayant recu un nombre plus important ont reagi comme les autres.

Implantation en ADSL Les implantations a ce stade ont ettc faites sans tenir compte de l’age a l’interieur du stade des animaux recepteurs. Certains ont recu la surcharge en corpora allata tout au debut du stade, d’autres quelques heures settlement avant la mue. TABLEAU ~-PIGMENTATION DES DSL

AYANT REQUUNE IMPLANTATIONDE CORPORAALLATA JZXADSL Apr&s implantation de CA en ADSL

Thmoins No. de couleur

1 2 3 4

9 DSL 12 32 25 5

$ DSL 2 24 22 5

$?DSL 0 2 5 10

$ DSL 0 2 4 15

%

10 24 66

Les rCsultats du Tableau 2 nous montrent un Cclaircissement general de la pigmentation. Trb souvent notamment, le pronotum est totalement Cclairci, ce qui est assez rare chez les temoins (Fig. lb et c) ; la capsule cephalique est plus ou moins Cclaircie; m&me les pdrotheques le sont dans un bon nombre de cas.

Implantation en DSL Nous savons que lorsque l’on implante des corpora allata a divers Insectes au DSL ou lorsque l’on injecte de l’hormone juvenile, on peut, suivant le moment de l’intervention, perturber plus ou moins la metamorphose et eventuellement agir d’une mar&-e differente sur la pigmentation (L. JOLP, 1960). Pour cette raison, nous avons opCrC au jour 0, c’est-a-dire dans les 24 h. qui suivent la mue, au jour 3 et au jour 6, de man&e a analyser les interferences possibles entre la metamorphose et le mecanisme chromatotrope.

I~'1~;. 1. Gryllus bimaculatus au dernier stade larvaire. (a) lndividu totalement noir apr~s ablation des corpora allata au stade pr6c~dent. (b) T~moin de pigmentation moyenne. (c) Individu compl~tement ~clairci aprgs implantation d'une paire de corpora allata au stade pr6c6dent.

Fro. 2. Gryllus bimaculatus adulte. (a) Mille noir apr~s ablation des corpora allata au dernier stade larvaire. (b) Femelle t6moin sombre (mais pattes plus claires) comme la majorit~ des femelles de l'filevage. (c) Femelle ~claircie apr~s implantation d'une paire de corpora allata au dernier stade larvaire (consid6rer les pattes, les bords du pronotum, l'arri~re de la capsule c6phalique).

LA PIGMENTATION DE GRYLLUS

BIMAC’ULATUS

1089

DEG.

Chez GryZZus bimaculatus, A la suite d’une implantation faite au jour 0, la metamorphose est assez fortement perturb&e et on obtient un grand nombre d’imagos imparfaites et d’adultoides. Cependant tous ces individus, comme les imagos normales obtenues Cgalement apres implantation de corpora allata, prbentent des variations de pigmentation similaires. II ne nous semble pas, dans l’etat actuel de nos recherches, que l’on puisse Ctablir une relation absolue entre le type d’individu obtenu et son plus ou moins grand degre d’eclaircissement. Notons cependant que, bien souvent, les adultojides semblaient &re tres clairs. Par operation au jour 3, la repercussion sur la metamorphose est en regression, mais non totalement disparue. Nous obtenons encore quelques imagos imparfaites et adultdides. Par contre, l’operation au jour 6 n’a plus aucun retentissement sur la metamorphose et tous les individus sont des adultes normaux. TABLEAU

3-PIGMENTATION

DES ADULTRS AYANT ALLATA EN DSL

+CA No.

de couleur

$ jour 0

RECU UNR IMPLANTATION

AU JOUR 0,

+CA

0

3

9

DE CORPORA

3 ET 6

&jour

3

+CA

P jour 6

3

?

8 0

1

0

0

0

0

0

2

0

0

0

0

2

1

3

5

3

5

2

2

2

4

8

8

4

9

5

7

?Z=

Mortalit

29

(%)

17

20

0

20

5

L’implantation d’une paire de corpora allata, quelle que soit la date a laquelle on la pratique a l’interieur du stade, induit un Cclaircissement de la pigmentation aussi bien chez les males que chez les femelles. Cet Cclaircissement est neanmoins moins visible qu’en DSL. En effet, si les pattes sont toujours claires, lorsque le pronotum n’est pas noir (75 pour cent des males et 59 pour cent des femelles), il n’est que tres rarement totalement Cclairci sauf chez quelques adulto’ides. La pigmentation brun-jaune se developpe surtout sur les c&es du pronotum (Fig. 2c) et a l’arriere de la capsule cephalique. Conclusion L’implantation d’une paire de corpora allata aussi bien a des ADSL qu’a des DSL amene, a la mue suivante, un tres important Cclaircissement de la pigmentation. La plupart du temps, le pigment noir dispara.& totalement des pattes et bien souvent dans des proportions variables du pronotum et de la t&e. Cette action est independante du moment auquel est pratiquee l’intervention. Elle est stable et ne subit pas de modification au tours de la vie ulterieure de l’animal.

1090

J.-P. ROUSSEL RESULTATS

D’ABLATIONS

DE CORPORA ALLATA

L’ablation des corpora allata necessite une intervention delicate et une grande ouverture de la membrane cervicale; par suite la mortalite post-operatoire est assez ClevCe. D’autre part, un certain nombre d’individus ont des difficult& a accomplir convenablement leur mue suivante. Ablation en ADSL TABLEAU 4-PIGMBNTATION

DES DSL

AYANT SUBI L’ABLATION DES CORPORAALLATA EN

ADSL No. de couleur

1 2 3 4

Males

Femelles

16 (94%) 1(6%) 0 0

17 (89%) 2 (11%) 0 0

L’ablation des corpora allata induit la pigmentation noire complete de l’animal. Chez les femelles de couleur No. 2, il a ettc mis en evidence, a la dissection, un fragment de corpus allatum. L’animal prive de corpora allata devient done reellement noir a la mue suivante. Ablation en DSL Ici encore, la necessite de mettre en evidence les interferences possibles entre la metamorphose et le mecanisme chromatotrope nous a amene a effectuer les ablations sur des DSL d’lges varies: jour 0, jour 3 et jour 6. TABLEAU S-PIGMENTATION DES ADULTESAYANT SUBI L’ABLATION DES CORPORAALLATA EN DSL AU JOUR 0, 3 ET 6 -CA&jourO

-CA&j,3

-CA

h jour 6

No. de couleur

?

6

?

8

Q

6

1 2 3 4 1z=

9 1 0 0

17 4 0 0

2 1 0 0

13 2 0 0

9 2 0 0

7 1 0 0

MortalitC (%)

49

30

26

37

23

30

L’assombrissement total est le fait g&A-al. Chez un certain nombre d’individus qui n’etaient pas totalement noirs, nous avons retrouve a la dissection un fragment de corpus allatum. Le pigment brun-jaune ne se manifeste plus en l’absence de corpora allata.

LA PIGMENTATION DE

GRYLLUS

BIMACULATUS

DEG.

1091

Conclusion L’ablation des corpora allata pratiquee au tours du dernier stade larvaire ou de l’avant-dernier stade larvaire produit, 21 la mue suivante, la pigmentation noire g&n&-ale des animaux. Le pigment brun-jaune ne subsiste que t&s rarement et en des endroits restreints, ceci &ant vraisemblablement dli B la presence d’un fragment de corpus allatum dans l’organisme. Si l’on ne tient pas compte de l’age des animaux, les resultats bruts restent tres clairs. TABLEAU ~-TABLEAU GENERAL. PIGMENTATION DES TI?MOINS,DES ANIMAUX AYANT BE$XJ UNE IMPLANTATION DE CORPORA ALLATA ET DE CEUX AYANT SUB1 L'ABLATION DES CORPORA ALLATA

No. de couleur

+CA

TBmoins

1 2 3 4

0

42 253 241 33

7 28 66

-CA 90 13 0 0

Le noircissement est independant du moment de l’intervention d’alteration au tours de la vie ulterieure de l’animal.

et ne subit pas

DISCUSSION

Les resultats des experiences precedentes, realisees sur Gryllus bimaculatus, semblent particulierement nets. L’ablation des corpora allata, qu’elle soit pratiquee A l’avant-dernier stade larvaire (ADSL) ou au dernier stade larvaire (DSL), provoque, a la mue suivante, la pigmentation noire. L’absence de corpora allata permet done a cette pigmentation de se developper. Au contraire, l’implantation de corpora allata, pratiquee soit en ADSL, soit en DSL, produit, B la mue suivante, un Cclaircissement de la pigmentation de l’animal c’est-a-dire la regression du pigment noir. Chez Gryllus bimaculatus, les corpora allata possedent done un pouvoir qui limite l’apparition du pigment noir. Dans son travail, FUZEAU-BRAESCH (1960) a don& de nombreuses precisions sur la pigmentation du Grillon consideree essentiellement en fonction de l’effet de groupe. Les deux pigments cuticulaires, le jaune aussi bien que le noir proviennent de la tyrosine. Apr&s la mue, cette tyrosine est transform&e, grPce a un complexe phenolasique, partie en pigment jaune, par-tie en pigment noir. 11 semblerait que ce soit le fonctionnement de l’hypoderme, oti semblent se former les intermtdiaires entre la tyrosine et les pigments, qui determine la coloration finale de la cuticule. Ce serait done a cette place que pourraient intervenir les corpora allata.

1092

J.-P. ROUSSEL

En constatant les variations pigmentaires, remises en question a chaque mue, l’hypothese d’un controle endocrine. Nous en apportons ici la preuve. Les corpora allata jouent un role important dans le contrble de la pigmentation. Chez Calliphora (FRAENKEL et HSIAO, 1963) et Locusta (GIFURDIE, 1964), on a pu mettre en evidence l’existence d’une hormone melanogene produite par les cellules neurosecretrices de la pars intercerebralis. 11 ne serait pas impossible que, chez GryZZusbimaculatus ‘Cgalement, les cellules de la pars seer&tent une hormone melanogene, les corpora allata jouant alors un role inhibiteur. Leur ablation, par disparition des inhibiteurs, entrainerait bien la pigmentation noire. L’augmentation, dans le cas contraire, de ces inhibiteurs par implantation de corpora allata surnumeraires, amenerait l’eclaircissement de l’animal. FUZEAU-BRAESCH avait avance

BIBLIOGRAPHIE DUJONT-RAABEM. (1957) Les mecanismes de l’adaptation chromatique chez les Insectes. Arch. zool. exp. gen. 94, 61-293. EPHRUSSIet BEADLEG. W. (1936) A technique of transplantation for Drosophila. Am. Nat. 70, 218-225. FRAENKEL G. et HSIAO C. (1962) Hormonal and nervous control of tanning of the fly. Science, N. Y. 138, 27-29. FRAENKELG. et HSIAOC. (1963) Tanning in the adult fly: a new function of neurosecretion in the brain. Science, N.Y. 141, 1057-1058. FUZEAU-BFUESCHS. (1960) Etude biologique et biochimique de la pigmentation d’un Insecte, Cry&s bimaculatus de Geer. Bull. biol. Fr. Belg. 94, 526-627. GIFXAFUXE A. (1964) Action de la pars intercerebralis sur le developpement de Locusta migratoria. J. Insect Physiol. 10,599-609. GI~DIE A. et CAZALM. (1965) RBle de la pars intercerebralis et des corpora cardiaca sur la melanisation chez Locusta migratoria. C.R. Acad. Sci., Paris 261, 4525-4527. HA~HIGUCHIT. (1962) Hormone-Eke factor controlling the manifestation of black pupa in silkworm, Bombyx mori. Jap. J. Genet. 37, 91-96. HIDAKAT. (1960) Mise en evidence de l’activite secretoire du ganglion prothoracique dans l’adaptation chromatique de la nymphe de Papilio xuthus L. C.R. Sot. Biol., Paris 154, 1682-1685. HIDAKA T. (1961) Recherches sur le mecanisme endocrine de I’adaptation chromatique morphologique chez les nymphes de Papilio xuthus L. J. Fat. Sci. Tokyo Univ. 9, 223-261. HIDAKAT. et GHTAKIT. (1963) Effet de I’hormone juvenile et du far&sol sur la coloration tegumentaire de la nymphe de Pieris rapae crucivora Boisd. C.R. Sot. Biol., Paris 157, 928-930. JOLY L. (1960) Fonctions des corpora allata chez Locusta migratoria. These, Strasbourg, 103 pp. JOLY P. (1952) Determinisme de la pigmentation-chez Acrida turrita. C.R. Acad. Sci., Paris 235, 1054-1056. JONES B. M. (1956) Endocrine activity during insect embryogenesis. Control of events in development following the embryonic molt (Locusta migratoria and Locustana pardalina). J. exp. Biol. 33, 685-696. WEED-PFEIFFER I. (1942) Suppression of the metamorphosis in the grasshopper Melanoplus differentialis. Anat. Rec. 84, 486.