Pour être efficacelutte contre les moustiquesAfin de réduire l'incidence des maladies transmises par les moustiques Aedes (L., 1762), il est nécessaire de développer des alternatives stratégiques, durables et respectueuses de l'environnement aux pesticides chimiques. Nous avons évalué les tourteaux de graines de certaines Brassicacées comme source d'isothiocyanates d'origine végétale, produits par hydrolyse enzymatique de glucosinolates biologiquement inactifs, pour lutter contre ce ravageur. Cinq farines de graines dégraissées (Brassica juncea (L.) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 et Thlaspi arvense – trois principaux types d'inactivation thermique et de dégradation enzymatique). Détermination de la toxicité (CL50) de l'isothiocyanate d'allyle, de l'isothiocyanate de benzyle et de l'isothiocyanate de 4-hydroxybenzyle sur les larves d'Aedes aegypti après 24 heures d'exposition (CL50 = 0,04 g/120 ml d'eau distillée). Valeurs de CL50 pour la moutarde, la moutarde blanche et la prêle. La farine de graines présentait des valeurs de CL50 respectives de 0,05, 0,08 et 0,05, contre 19,35 ppm pour l'isothiocyanate d'allyle et 55,41 ppm pour l'isothiocyanate de 4-hydroxybenzyle. Ce dernier s'est avéré plus toxique pour les larves 24 heures après le traitement qu'une solution à 0,1 g/120 ml d'eau distillée. Ces résultats sont cohérents avec la production de farine de graines de luzerne. La plus grande efficacité des esters benzyliques correspond aux valeurs de CL50 calculées. L'utilisation de farine de graines peut constituer une méthode efficace de lutte contre les moustiques. L'efficacité de la poudre de graines de crucifères et de ses principaux composants chimiques contre les larves de moustiques est démontrée, et il apparaît que les composés naturels présents dans cette poudre peuvent servir de larvicide écologique prometteur.
Les maladies vectorielles transmises par les moustiques du genre Aedes constituent un problème majeur de santé publique à l'échelle mondiale. L'incidence de ces maladies s'étend géographiquement1,2,3 et réapparaît, provoquant des épidémies de formes graves4,5,6,7. La propagation de ces maladies entre humains et animaux (par exemple, le chikungunya, la dengue, la fièvre de la vallée du Rift, la fièvre jaune et le virus Zika) est sans précédent. La dengue à elle seule expose environ 3,6 milliards de personnes à un risque d'infection dans les régions tropicales, avec environ 390 millions de nouvelles infections chaque année, entraînant entre 6 100 et 24 300 décès annuels8. La réapparition et l'épidémie du virus Zika en Amérique du Sud ont suscité une vive inquiétude internationale en raison des lésions cérébrales qu'il provoque chez les enfants nés de mères infectées2. Kremer et al.3 prévoient que l'aire de répartition géographique des moustiques Aedes continuera de s'étendre et que, d'ici 2050, la moitié de la population mondiale sera exposée au risque d'infection par des arbovirus transmis par les moustiques.
À l'exception des vaccins récemment mis au point contre la dengue et la fièvre jaune, aucun vaccin n'est encore disponible contre la plupart des maladies transmises par les moustiques9,10,11. Les vaccins existants sont disponibles en quantités limitées et ne sont utilisés que dans le cadre d'essais cliniques. La lutte contre les moustiques vecteurs à l'aide d'insecticides de synthèse constitue une stratégie essentielle pour endiguer la propagation de ces maladies12,13. Bien que les pesticides de synthèse soient efficaces pour tuer les moustiques, leur utilisation continue a des effets néfastes sur les organismes non ciblés et pollue l'environnement14,15,16. Plus alarmante encore est la tendance à la résistance croissante des moustiques aux insecticides chimiques17,18,19. Ces problèmes liés aux pesticides ont accéléré la recherche d'alternatives efficaces et respectueuses de l'environnement pour lutter contre les vecteurs de maladies.
Diverses plantes ont été développées comme sources de phytopesticides pour la lutte antiparasitaire20,21. Les substances végétales sont généralement respectueuses de l'environnement car elles sont biodégradables et présentent une toxicité faible, voire négligeable, pour les organismes non ciblés tels que les mammifères, les poissons et les amphibiens20,22. Les préparations à base de plantes sont connues pour produire une variété de composés bioactifs aux mécanismes d'action différents, permettant de contrôler efficacement les différents stades de développement des moustiques23,24,25,26. Les composés d'origine végétale, tels que les huiles essentielles et autres principes actifs végétaux, ont suscité un intérêt croissant et ont ouvert la voie à des outils innovants pour lutter contre les moustiques vecteurs. Les huiles essentielles, les monoterpènes et les sesquiterpènes agissent comme répulsifs, inhibiteurs de l'alimentation et ovicides27,28,29,30,31,32,33. De nombreuses huiles végétales entraînent la mort des larves, des nymphes et des adultes de moustiques34,35,36, affectant les systèmes nerveux, respiratoire, endocrinien et autres systèmes importants des insectes37.
Des études récentes ont mis en lumière l'intérêt potentiel des plants de moutarde et de leurs graines comme source de composés bioactifs. La farine de graines de moutarde a été testée comme biofumigant38,39,40,41 et utilisée comme amendement du sol pour lutter contre les adventices42,43,44 et contrôler les pathogènes telluriques45,46,47,48,49,50, les nématodes41,51,52,53,54 et les ravageurs55,56,57,58,59,60, ainsi que pour améliorer la nutrition des plantes. L'activité fongicide de ces poudres de graines est attribuée à des composés phytoprotecteurs appelés isothiocyanates38,42,60. Chez les plantes, ces composés protecteurs sont stockés dans les cellules sous forme de glucosinolates non bioactifs. Cependant, lorsque les plantes sont endommagées par l'alimentation des insectes ou une infection pathogène, les glucosinolates sont hydrolysés par la myrosinase en isothiocyanates bioactifs55,61. Les isothiocyanates sont des composés volatils connus pour avoir une activité antimicrobienne et insecticide à large spectre, et leur structure, leur activité biologique et leur teneur varient considérablement parmi les espèces de Brassicacées42,59,62,63.
Bien que les isothiocyanates dérivés de la farine de graines de moutarde soient connus pour leur activité insecticide, les données concernant leur activité biologique contre les arthropodes vecteurs d'importance médicale sont insuffisantes. Notre étude a examiné l'activité larvicide de quatre poudres de graines dégraissées contre les larves de moustiques Aedes aegypti. L'objectif était d'évaluer leur potentiel en tant que biopesticides respectueux de l'environnement pour la lutte contre les moustiques. Trois composants chimiques majeurs de la farine de graines, l'isothiocyanate d'allyle (AITC), l'isothiocyanate de benzyle (BITC) et l'isothiocyanate de 4-hydroxybenzyle (4-HBITC), ont également été testés afin d'évaluer leur activité biologique sur les larves de moustiques. Il s'agit du premier rapport évaluant l'efficacité de quatre poudres de graines de chou et de leurs principaux composants chimiques contre les larves de moustiques.
Des colonies de laboratoire d'Aedes aegypti (souche Rockefeller) ont été maintenues à 26 °C, 70 % d'humidité relative (HR) et sous une photopériode de 10 h de lumière et 14 h d'obscurité (10:14 h L:D). Les femelles fécondées ont été placées dans des cages en plastique (hauteur 11 cm et diamètre 9,5 cm) et nourries au biberon avec du sang bovin citraté (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, États-Unis). L'alimentation sanguine a été réalisée de façon classique à l'aide d'un distributeur de sang à membrane en verre (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, États-Unis) relié à un bain-marie à circulation (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, États-Unis) maintenu à 37 °C. Un film de Parafilm M a été étiré sur le fond de chaque compartiment d'alimentation en verre (surface de 154 mm²). Chaque distributeur a ensuite été placé sur la grille supérieure recouvrant la cage contenant la femelle fécondée. Environ 350 à 400 µl de sang bovin ont été ajoutés à un entonnoir d'alimentation en verre à l'aide d'une pipette Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, États-Unis) et les vers adultes ont été laissés égoutter pendant au moins une heure. Les femelles gravides ont ensuite reçu une solution de saccharose à 10 % et ont été mises à pondre des œufs sur du papier filtre humide, placé dans des coupelles individuelles transparentes (37 ml, Dart Container Corp., Mason, MI, États-Unis). Les œufs ont été placés dans une cage contenant de l'eau. Le papier filtre contenant les œufs a été placé dans un sachet hermétique (SC Johnsons, Racine, WI, États-Unis) et conservé à 26 °C. Après éclosion, environ 200 à 250 larves ont été élevées dans des plateaux en plastique contenant un mélange d'aliment pour lapins (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, États-Unis) et de poudre de foie (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, États-Unis). et du filet de poisson (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Allemagne) dans un rapport de 2:1:1. Des larves du troisième stade tardif ont été utilisées dans nos bioessais.
Les semences utilisées dans cette étude proviennent des sources commerciales et gouvernementales suivantes : Brassica juncea (moutarde brune – Pacific Gold) et Brassica juncea (moutarde blanche – Ida Gold) de la Pacific Northwest Farmers' Cooperative (État de Washington, États-Unis) ; Thlaspi arvense (cresson des jardins) de Kelly Seed and Hardware Co. (Peoria, Illinois, États-Unis) et Thlaspi arvense (fossette des champs – Elisabeth) de l’USDA-ARS (Peoria, Illinois, États-Unis). Aucune des semences utilisées n’a été traitée aux pesticides. Toutes les semences ont été traitées et utilisées conformément aux réglementations locales et nationales en vigueur. Cette étude n’a pas porté sur des variétés de plantes transgéniques.
Les graines de Brassica juncea (PG), de luzerne (Ls), de moutarde blanche (IG) et de Thlaspi arvense (DFP) ont été broyées en une poudre fine à l'aide d'un broyeur ultracentrifuge Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Allemagne) équipé d'un tamis de 0,75 mm et d'un rotor en acier inoxydable à 12 dents, tournant à 10 000 tr/min (Tableau 1). La poudre de graines obtenue a été transférée dans une cartouche d'extraction en papier et dégraissée à l'hexane dans un appareil Soxhlet pendant 24 h. Un sous-échantillon de moutarde des champs dégraissée a été traité thermiquement à 100 °C pendant 1 h afin de dénaturer la myrosinase et d'empêcher l'hydrolyse des glucosinolates en isothiocyanates biologiquement actifs. La poudre de graines de prêle des champs traitée thermiquement (DFP-HT) a servi de témoin négatif par dénaturation de la myrosinase.
La teneur en glucosinolates de la farine de graines dégraissée a été déterminée en trois exemplaires par chromatographie liquide à haute performance (CLHP) selon un protocole précédemment publié64. Brièvement, 3 mL de méthanol ont été ajoutés à un échantillon de 250 mg de poudre de graines dégraissées. Chaque échantillon a été soumis à une sonication dans un bain-marie pendant 30 minutes, puis incubé à l'obscurité à 23 °C pendant 16 heures. Un aliquot de 1 mL de la phase organique a ensuite été filtré sur un filtre de 0,45 μm et recueilli dans un passeur d'échantillons automatique. L'analyse a été réalisée sur un système CLHP Shimadzu (deux pompes LC 20AD ; passeur d'échantillons SIL 20A ; dégazeur DGU 20As ; détecteur UV-visible SPD-20A pour la détection à 237 nm ; et module de communication CBM-20A). L’analyse a été réalisée à l’aide du logiciel Shimadzu LC Solution version 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, États-Unis). La colonne utilisée était une colonne à phase inverse C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm ; RP C-18, ODS-3, 5 µm ; GL Sciences, Torrance, CA, États-Unis). La phase mobile initiale était composée de 12 % de méthanol et de 88 % d’hydroxyde de tétrabutylammonium 0,01 M dans l’eau (TBAH ; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, États-Unis), avec un débit de 1 mL/min. Après injection de 15 µL d’échantillon, les conditions initiales ont été maintenues pendant 20 minutes, puis la phase mobile a été diluée à 100 % de méthanol. La durée totale de l’analyse était de 65 minutes. Une courbe d'étalonnage (nM/mAb) a été établie par dilutions en série d'étalons de sinapine, de glucosinolates et de myrosine fraîchement préparés (Sigma-Aldrich, Saint-Louis, Missouri, États-Unis) afin d'estimer la teneur en soufre des tourteaux de graines dégraissés. Les concentrations de glucosinolates dans les échantillons ont été analysées par HPLC Agilent 1100 (Agilent, Santa Clara, Californie, États-Unis) à l'aide du logiciel OpenLAB CDS ChemStation version C.01.07 SR2 [255], équipé de la même colonne et selon une méthode précédemment décrite. Les concentrations de glucosinolates ont été déterminées afin de garantir leur comparabilité entre les systèmes HPLC.
L'isothiocyanate d'allyle (94 %, stable) et l'isothiocyanate de benzyle (98 %) ont été achetés chez Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, États-Unis). L'isothiocyanate de 4-hydroxybenzyle a été acheté chez ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, États-Unis). L'hydrolyse enzymatique par la myrosinase des glucosinolates conduit respectivement à la formation d'isothiocyanate d'allyle, d'isothiocyanate de benzyle et d'isothiocyanate de 4-hydroxybenzyle.
Des bioessais en laboratoire ont été réalisés selon la méthode de Muturi et al.32, avec quelques modifications. Cinq farines de graines à faible teneur en matières grasses ont été utilisées : DFP, DFP-HT, IG, PG et Ls. Vingt larves ont été placées dans un bécher à trois voies jetable de 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, États-Unis) contenant 120 mL d’eau déminéralisée (dH2O). Sept concentrations de farine de graines ont été testées pour leur toxicité sur les larves de moustiques : 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 et 0,12 g de farine de graines/120 mL dH2O pour les farines de graines DFP, DFP-HT, IG et PG. Les bioessais préliminaires indiquent que la farine de graines dégraissée de Ls est plus toxique que les quatre autres farines de graines testées. Par conséquent, nous avons ajusté les sept concentrations de traitement de la farine de graines de Ls aux concentrations suivantes : 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 et 0,075 g/120 mL dH2O.
Un groupe témoin non traité (eau distillée, sans supplémentation en farine de graines) a été inclus afin d'évaluer la mortalité normale des insectes dans les conditions de l'essai. Les bioessais toxicologiques pour chaque farine de graines ont été réalisés en trois répétitions dans des béchers à trois niveaux (20 larves de fin de troisième stade larvaire par bécher), soit un total de 108 flacons. Les récipients traités ont été conservés à température ambiante (20-21 °C) et la mortalité larvaire a été enregistrée pendant 24 et 72 heures d'exposition continue aux concentrations de traitement. Si le corps et les appendices du moustique ne bougent pas lorsqu'on les pique ou les touche avec une fine spatule en acier inoxydable, les larves sont considérées comme mortes. Les larves mortes restent généralement immobiles, en position dorsale ou ventrale, au fond du récipient ou à la surface de l'eau. L'expérience a été répétée trois fois à des jours différents avec différents groupes de larves, pour un total de 180 larves exposées à chaque concentration de traitement.
La toxicité de l'AITC, du BITC et du 4-HBITC sur les larves de moustiques a été évaluée selon le même protocole de bioessai, mais avec différents traitements. Des solutions mères à 100 000 ppm ont été préparées pour chaque composé en ajoutant 100 µL de chaque composé à 900 µL d'éthanol absolu dans un tube à centrifuger de 2 mL et en agitant pendant 30 secondes pour homogénéiser le mélange. Les concentrations de traitement ont été déterminées à partir de nos bioessais préliminaires, qui ont montré que le BITC était beaucoup plus toxique que l'AITC et le 4-HBITC. Pour déterminer la toxicité, cinq concentrations de BITC (1, 3, 6, 9 et 12 ppm), sept concentrations d'AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 et 35 ppm) et six concentrations de 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 et 35 ppm) ont été testées. Les concentrations testées étaient de 30, 45, 60, 75 et 90 ppm. Le traitement témoin consistait en une injection de 108 μL d'éthanol absolu, soit le volume maximal utilisé pour chaque traitement chimique. Les bioessais ont été répétés comme décrit précédemment, en exposant un total de 180 larves par concentration. La mortalité larvaire a été enregistrée pour chaque concentration d'AITC, de BITC et de 4-HBITC après 24 h d'exposition continue.
Une analyse probit de 65 données de mortalité dose-dépendante a été réalisée à l'aide du logiciel Polo (Polo Plus, LeOra Software, version 1.0) afin de calculer la concentration létale 50 % (CL50), la concentration létale 90 % (CL90), la pente, le coefficient de dose létale et la concentration létale à 95 %. Ces analyses se sont basées sur les intervalles de confiance des rapports de doses létales pour les concentrations transformées logarithmiquement et les courbes dose-mortalité. Les données de mortalité sont issues de l'analyse combinée de 180 larves exposées à chaque concentration de traitement. Des analyses probabilistes ont été effectuées séparément pour chaque farine de graines et chaque composant chimique. Sur la base de l'intervalle de confiance à 95 % du rapport de doses létales, la toxicité de la farine de graines et des constituants chimiques pour les larves de moustiques a été considérée comme significativement différente ; un intervalle de confiance contenant la valeur 1 n'a donc pas été considéré comme significativement différent (p = 0,0566).
Les résultats de la CLHP pour la détermination des principaux glucosinolates dans les farines de graines dégraissées DFP, IG, PG et Ls sont présentés dans le tableau 1. La composition en glucosinolates des farines de graines testées variait, à l'exception de DFP et PG, qui contenaient toutes deux des glucosinolates de myrosinase. La teneur en myrosinine de PG était supérieure à celle de DFP (33,3 ± 1,5 mg/g contre 26,5 ± 0,9 mg/g, respectivement). La poudre de graines de Ls contenait 36,6 ± 1,2 mg/g de glucoglycone, tandis que celle d'IG contenait 38,0 ± 0,5 mg/g de sinapine.
Les larves du moustique Aedes aegypti ont été tuées par traitement avec de la farine de graines dégraissées, bien que l'efficacité du traitement ait varié selon l'espèce végétale. Seule la farine de graines dégraissées (DFP-NT) s'est avérée non toxique pour les larves de moustiques après 24 et 72 heures d'exposition (Tableau 2). La toxicité de la poudre de graines active a augmenté avec la concentration (Fig. 1A, B). La toxicité de la farine de graines pour les larves de moustiques a varié significativement selon l'intervalle de confiance à 95 % du rapport des doses létales (CL50) après 24 et 72 heures (Tableau 3). Après 24 heures, l'effet toxique de la farine de graines de Ls était supérieur à celui des autres farines de graines, avec l'activité la plus élevée et la toxicité maximale pour les larves (CL50 = 0,04 g/120 ml d'eau distillée). Les larves étaient moins sensibles au DFP après 24 heures que celles traitées avec les poudres de graines IG, Ls et PG, avec des CL50 respectives de 0,115, 0,04 et 0,08 g/120 ml d'eau distillée, valeurs statistiquement supérieures à la CL50 de référence (0,211 g/120 ml d'eau distillée) (Tableau 3). Les CL90 du DFP, de l'IG, du PG et du Ls étaient respectivement de 0,376, 0,275, 0,137 et 0,074 g/120 ml d'eau distillée (Tableau 2). La concentration maximale de DFP était de 0,12 g/120 ml d'eau distillée. Après 24 heures d'observation, la mortalité larvaire moyenne n'était que de 12 %, tandis que celle des larves traitées avec l'IG et le PG atteignait respectivement 51 % et 82 %. Après 24 heures d'évaluation, la mortalité larvaire moyenne pour le traitement à la plus forte concentration de farine de graines de Ls (0,075 g/120 ml dH2O) était de 99 % (Fig. 1A).
Les courbes de mortalité ont été estimées à partir de la réponse dose-effet (Probit) des larves d’Aedes aegypti (3e stade larvaire) à la concentration de farine de graines 24 heures (A) et 72 heures (B) après le traitement. La ligne pointillée représente la CL50 du traitement à la farine de graines. DFP : Thlaspi arvense ; DFP-HT : Thlaspi arvense inactivé par la chaleur ; IG : Sinapsis alba (Ida Gold) ; PG : Brassica juncea (Pacific Gold) ; Ls : Lepidium sativum.
Après 72 heures d'évaluation, les valeurs de CL50 des farines de graines DFP, IG et PG étaient respectivement de 0,111, 0,085 et 0,051 g/120 ml d'eau distillée. La quasi-totalité des larves exposées à la farine de graines de Ls est morte après 72 heures d'exposition, ce qui rend les données de mortalité incompatibles avec l'analyse Probit. Comparées aux autres farines de graines, les larves étaient moins sensibles au traitement à base de farine de graines DFP et présentaient des valeurs de CL50 statistiquement plus élevées (tableaux 2 et 3). Après 72 heures, les valeurs de CL50 pour les farines de graines DFP, IG et PG ont été estimées à 0,111, 0,085 et 0,05 g/120 ml d'eau distillée, respectivement. Après 72 heures d'évaluation, les valeurs de CL90 des poudres de graines DFP, IG et PG étaient respectivement de 0,215, 0,254 et 0,138 g/120 ml d'eau distillée. Après 72 heures d'évaluation, la mortalité larvaire moyenne pour les traitements à base de farine de graines DFP, IG et PG à une concentration maximale de 0,12 g/120 ml d'eau distillée était respectivement de 58 %, 66 % et 96 % (Fig. 1B). Après 72 heures d'évaluation, la farine de graines PG s'est avérée plus toxique que les farines de graines IG et DFP.
Les isothiocyanates de synthèse, l'isothiocyanate d'allyle (AITC), l'isothiocyanate de benzyle (BITC) et le 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC), sont efficaces pour tuer les larves de moustiques. Vingt-quatre heures après le traitement, le BITC s'est avéré plus toxique pour les larves, avec une CL50 de 5,29 ppm, contre 19,35 ppm pour l'AITC et 55,41 ppm pour le 4-HBITC (tableau 4). Comparé à l'AITC et au BITC, le 4-HBITC présente une toxicité plus faible et une CL50 plus élevée. On observe des différences significatives de toxicité larvaire entre les deux principaux isothiocyanates (Ls et PG) présents dans la farine de graines la plus efficace. La toxicité, évaluée par le rapport des doses létales (CL50) de l'AITC, du BITC et du 4-HBITC, a révélé une différence statistiquement significative : l'intervalle de confiance à 95 % de ce rapport n'incluait pas la valeur 1 (p = 0,05, tableau 4). Les concentrations les plus élevées de BITC et d'AITC ont été estimées létales à 100 % pour les larves testées (figure 2).
Les courbes de mortalité ont été estimées à partir de la réponse dose-effet (Probit) d'Ae. Vingt-quatre heures après le traitement, les larves égyptiennes (3e stade larvaire) ont atteint les concentrations d'isothiocyanates synthétiques. La ligne pointillée représente la CL50 du traitement aux isothiocyanates. Les isothiocyanates étudiés sont le BITC (benzyl isothiocyanate), l'AITC (allyl isothiocyanate) et le 4-HBITC (4-HBITC).
L’utilisation de biopesticides végétaux pour lutter contre les moustiques vecteurs est étudiée depuis longtemps. De nombreuses plantes produisent des substances chimiques naturelles aux propriétés insecticides37. Leurs composés bioactifs constituent une alternative intéressante aux insecticides de synthèse et présentent un fort potentiel pour la lutte contre les ravageurs, notamment les moustiques.
La moutarde est cultivée pour ses graines, utilisées comme épice et source d'huile. L'extraction de l'huile de moutarde à partir des graines ou l'extraction de la moutarde pour la production de biocarburant69 génère un sous-produit : le tourteau de graines dégraissé. Ce tourteau conserve de nombreux composants biochimiques naturels et enzymes hydrolytiques. Sa toxicité est attribuée à la production d'isothiocyanates55,60,61. Ces composés se forment par hydrolyse des glucosinolates grâce à l'enzyme myrosinase lors de l'hydratation du tourteau38,55,70 et sont connus pour leurs propriétés fongicides, bactéricides, nématicides et insecticides, ainsi que pour d'autres propriétés, notamment des effets chimiosensoriels et chimiothérapeutiques61,62,70. Plusieurs études ont démontré l'efficacité de la moutarde et de son tourteau comme fumigants contre les ravageurs du sol et des denrées alimentaires stockées57,59,71,72. Dans cette étude, nous avons évalué la toxicité d'un mélange de quatre graines et de ses trois produits bioactifs (AITC, BITC et 4-HBITC) sur les larves du moustique Aedes aegypti. L'ajout direct de farine de graines à l'eau contenant des larves de moustiques devrait activer des processus enzymatiques produisant des isothiocyanates toxiques pour ces larves. Cette biotransformation a été partiellement démontrée par l'activité larvicide observée de la farine de graines et par la perte d'activité insecticide de la farine de graines de moutarde naine après traitement thermique préalable. Ce traitement thermique est censé détruire les enzymes hydrolytiques activant les glucosinolates, empêchant ainsi la formation d'isothiocyanates bioactifs. Il s'agit de la première étude confirmant les propriétés insecticides de la poudre de graines de chou contre les moustiques en milieu aquatique.
Parmi les poudres de graines testées, la poudre de graines de cresson (Ls) s'est avérée la plus toxique, induisant une forte mortalité chez Aedes albopictus. Les larves d'Aedes aegypti ont été traitées en continu pendant 24 heures. Les trois autres poudres de graines (PG, IG et DFP) ont présenté une activité plus lente, mais ont tout de même provoqué une mortalité significative après 72 heures de traitement continu. Seule la farine de graines de Ls contenait des quantités importantes de glucosinolates, tandis que PG et DFP contenaient de la myrosinase et IG du glucosinolate comme glucosinolate majoritaire (Tableau 1). La glucotropéoline est hydrolysée en BITC et la sinalbine en 4-HBITC61,62. Nos résultats de bioessais indiquent que la farine de graines de Ls et le BITC synthétique sont tous deux très toxiques pour les larves de moustiques. Le principal composant des farines de graines de PG et DFP est le glucosinolate de myrosinase, qui est hydrolysé en AITC. L'AITC est efficace pour tuer les larves de moustiques avec une CL50 de 19,35 ppm. Comparé à l'AITC et au BITC, l'isothiocyanate de 4-HBITC est le moins toxique pour les larves. Bien que l'AITC soit moins toxique que le BITC, leurs CL50 sont inférieures à celles de nombreuses huiles essentielles testées sur les larves de moustiques32,73,74,75.
Notre poudre de graines de crucifères, utilisée contre les larves de moustiques, contient un glucosinolate majoritaire, représentant plus de 98 à 99 % des glucosinolates totaux, comme déterminé par HPLC. Des traces d'autres glucosinolates ont été détectées, mais leur concentration est inférieure à 0,3 % des glucosinolates totaux. La poudre de graines de cresson (Lactobacillus sativum) contient des glucosinolates secondaires (sinigrine), mais leur proportion est de 1 % des glucosinolates totaux, et leur teneur reste négligeable (environ 0,4 mg/g de poudre de graines). Bien que les farines de graines de PG et de DFP contiennent le même glucosinolate majoritaire (myrosine), leur activité larvicide diffère significativement en raison de leurs valeurs de CL50. Leur toxicité contre l'oïdium est variable. L'émergence des larves d'Aedes aegypti pourrait être due à des différences d'activité ou de stabilité de la myrosinase entre les deux farines. L'activité de la myrosinase joue un rôle important dans la biodisponibilité des produits d'hydrolyse tels que les isothiocyanates chez les plantes Brassicacées76. Des rapports antérieurs de Pocock et al.77 et Wilkinson et al.78 ont montré que les changements dans l'activité et la stabilité de la myrosinase peuvent également être associés à des facteurs génétiques et environnementaux.
La teneur attendue en isothiocyanates bioactifs a été calculée à partir des valeurs de CL50 de chaque farine de graines après 24 et 72 heures (tableau 5), afin de les comparer aux applications chimiques correspondantes. Après 24 heures, les isothiocyanates présents dans la farine de graines se sont révélés plus toxiques que les composés purs. Les valeurs de CL50 calculées en parties par million (ppm) pour les traitements des graines à base d'isothiocyanates étaient inférieures à celles obtenues avec le BITC, l'AITC et le 4-HBITC. Nous avons observé des larves consommant des granulés de farine de graines (figure 3A). Par conséquent, l'ingestion de ces granulés pourrait entraîner une exposition plus concentrée des larves aux isothiocyanates toxiques. Ce phénomène était particulièrement marqué pour les farines de graines IG et PG après 24 heures d'exposition, où les concentrations de CL50 étaient respectivement inférieures de 75 % et 72 % à celles des traitements à l'AITC et au 4-HBITC purs. Les traitements Ls et DFP se sont révélés plus toxiques que l'isothiocyanate pur, avec des valeurs de CL50 inférieures respectivement de 24 % et 41 %. Les larves du traitement témoin se sont nymphosées avec succès (Fig. 3B), tandis que la plupart des larves du traitement à la farine de graines ne se sont pas nymphosées et leur développement larvaire a été significativement retardé (Fig. 3B, D). Chez Spodopteralitura, les isothiocyanates sont associés à un retard de croissance et de développement79.
Des larves de moustiques Aedes aegypti ont été exposées en continu à de la poudre de graines de Brassica pendant 24 à 72 heures. (A) Larves mortes avec des particules de farine de graines dans les pièces buccales (encerclées) ; (B) Le traitement témoin (eau distillée sans ajout de farine de graines) montre que les larves se développent normalement et commencent leur nymphose après 72 heures ; (C, D) Larves traitées avec de la farine de graines ; ce traitement a induit des différences de développement et les larves n’ont pas nymphosé.
Nous n'avons pas étudié le mécanisme des effets toxiques des isothiocyanates sur les larves de moustiques. Cependant, des études antérieures menées sur la fourmi de feu rouge (Solenopsis invicta) ont montré que l'inhibition de la glutathion S-transférase (GST) et de l'estérase (EST) constitue le principal mécanisme de la bioactivité des isothiocyanates, et que l'AITC, même à faible concentration, peut inhiber l'activité de la GST chez la fourmi de feu rouge importée. La dose est de 0,5 µg/ml80. En revanche, l'AITC inhibe l'acétylcholinestérase chez le charançon du maïs adulte (Sitophilus zeamais)81. Des études similaires doivent être réalisées afin d'élucider le mécanisme d'action des isothiocyanates chez les larves de moustiques.
Nous utilisons un traitement thermique d'inactivation du DFP pour étayer l'hypothèse selon laquelle l'hydrolyse des glucosinolates végétaux en isothiocyanates réactifs constitue un mécanisme de lutte contre les larves de moustiques par la farine de graines de moutarde. La farine de graines de DFP traitée thermiquement (DFP-HT) n'était pas toxique aux doses d'application testées. Lafarga et al.82 ont rapporté que les glucosinolates sont sensibles à la dégradation à haute température. Le traitement thermique devrait également dénaturer l'enzyme myrosinase présente dans la farine de graines et empêcher l'hydrolyse des glucosinolates en isothiocyanates réactifs. Ceci a également été confirmé par Okunade et al.75, qui ont montré que la myrosinase est thermosensible et que son activité est totalement inactivée lorsque les graines de moutarde, de moutarde noire et de sanguinaire du Canada sont exposées à des températures supérieures à 80 °C. Ces mécanismes pourraient expliquer la perte d'activité insecticide de la farine de graines de DFP traitée thermiquement.
Ainsi, la farine de graines de moutarde et ses trois principaux isothiocyanates sont toxiques pour les larves de moustiques. Compte tenu de ces différences entre la farine de graines et les traitements chimiques, l'utilisation de la farine de graines pourrait constituer une méthode efficace de lutte contre les moustiques. Il est nécessaire d'identifier des formulations appropriées et des systèmes d'application efficaces afin d'améliorer l'efficacité et la stabilité de l'utilisation des poudres de graines. Nos résultats indiquent l'intérêt potentiel de la farine de graines de moutarde comme alternative aux pesticides de synthèse. Cette technologie pourrait devenir un outil innovant pour lutter contre les moustiques vecteurs. Les larves de moustiques se développant en milieu aquatique et les glucosinolates de la farine de graines étant convertis par voie enzymatique en isothiocyanates actifs lors de l'hydratation, l'utilisation de la farine de graines de moutarde dans les eaux infestées de moustiques offre un potentiel de contrôle significatif. Bien que l'activité larvicide des isothiocyanates varie (BITC > AITC > 4-HBITC), des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si la combinaison de la farine de graines avec plusieurs glucosinolates augmente la toxicité de manière synergique. Il s'agit de la première étude démontrant les effets insecticides de la farine de graines de crucifères dégraissée et de trois isothiocyanates bioactifs sur les moustiques. Les résultats de cette étude sont novateurs : ils démontrent que la farine de graines de chou dégraissée, un sous-produit de l’extraction d’huile, pourrait constituer un agent larvicide prometteur pour la lutte contre les moustiques. Ces informations peuvent contribuer à la découverte d’agents de biocontrôle végétaux et à leur développement en tant que biopesticides économiques, pratiques et respectueux de l’environnement.
Les jeux de données générés pour cette étude et les analyses qui en résultent sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable. À la fin de l'étude, tous les matériels utilisés (insectes et farine de graines) ont été détruits.
Date de publication : 29 juillet 2024