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

Anaïs Gouin(Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires), Anthony Bretaudeau(Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique), Kiwoong Nam(Université de Montpellier), Sylvie Gimenez(Université de Montpellier), Jean‐Marc Aury(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Bernard Duvic(Université de Montpellier), Frédérique Hilliou(Centre National de la Recherche Scientifique), Nicolas Durand(Sorbonne Université), Nicolas Montagné(Sorbonne Université), Isabelle Darboux(Université de Montpellier), Suyog S. Kuwar(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Thomas Chertemps(AgroParisTech), David Siaussat(AgroParisTech), Anne Bretschneider(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Yves Moné(Université de Montpellier), Seung‐Joon Ahn(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Sabine Hänniger(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Anne‐Sophie Gosselin‐Grenet(Université de Montpellier), David Neunemann(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Florian Maumus(Université Paris-Saclay), Isabelle Luyten(Université Paris-Saclay), Karine Labadie(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Wei Xu(Murdoch University), Fotini Koutroumpa(Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement), Jean-Michel Escoubas(Université de Montpellier), Angel Llopis(Universitat de València), Martine Maı̈bèche-Coisné(Sorbonne Université), Fanny Salasc(École Pratique des Hautes Études), Archana Tomar(Centre for DNA Fingerprinting and Diagnostics), Alisha Anderson(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), Sher Afzal Khan(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Pascaline Dumas(Naturalis Biodiversity Center), Marion Orsucci(Université de Montpellier), Julie Guy(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Caroline Belser(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Adriana Alberti(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Benjamin Noël(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Arnaud Couloux(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Jonathan Mercier(Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Sabine Nidelet(Institut de Génomique Fonctionnelle), Emeric Dubois(Institut de Génomique Fonctionnelle), Nai-Yong Liu(Southwest Forestry University), Isabelle Boulogne(Sorbonne Université), Olivier Mirabeau(Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement), Gaëlle Le Goff(Centre National de la Recherche Scientifique), Karl Gordon(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), John G. Oakeshott(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), Fernando L. Cônsoli(Universidade de São Paulo), Anne‐Nathalie Volkoff(Université de Montpellier), Howard W. Fescemyer(Pennsylvania State University), James H. Marden(Pennsylvania State University), Dawn S. Luthe(Pennsylvania State University), Salvador Herrero(Universitat de València), David G. Heckel(Max Planck Institute for Chemical Ecology), Patrick Wincker(Centre National de la Recherche Scientifique), Gaël J. Kergoat(Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement), Joëlle Amselem(Université Paris-Saclay), Hadi Quesneville(Université Paris-Saclay), 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), Claire Lemaitre(Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique), Fabrice Legeai(Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires), Emmanuelle d’Alençon(Université de Montpellier), Philippe Fournier(Université de Montpellier)
Scientific Reports
September 12, 2017
Cited by 381Open Access
Full Text

Abstract

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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