Maize is the most-produced cereal in the world, but its production faces constraints such as parasitic attacks from stemborers. We evaluated the resistance of a core-collection of 18 maize lines by measuring their palatability to European Corn Borer (ECB) larvae fed on maize leaf discs. Using an original consumption test device that takes into account the variability of larvae behaviour, we were able to phenotype the resistance of the 18 maize lines. We matched consumption data to existing enzymatic and metabolomic data that characterized the maize core-collection and identified some metabolites such as caffeoyl-lquinate, trocopherol, digalactosylglycerol and tyrosine that are positively or negatively correlated with the palatability to ECB larvae. Altogether, our results confirm the metabolic complexity involved in the establishment of plant defenses. Metabolic changes associated to leaf palatability mostly concern membrane and cell wall composition. Some of them, pointing-out to the phenylpropanoids pathway, were observed independently of plant developmental pace and plant earliness.

Lepidopteran pests cause considerable damage to all crops over the world. As larvae are directly responsible for these damages, many research efforts are devoted to find plant cultivars which are resistant against them. However, such studies take time, efforts and are costly, especially when one wants to not only find resistance traits but also evaluate their heritability. We present here a high throughput approach to screen plants for resistance or chemicals for their deterrence, using a leaf-disk consumption assay, which is both suitable for large scale tests and economically affordable. To monitor larvae feeding on leaf disks placed over a layer of agar, we designed 3D models of 50 cages arrays. One webcam can sample simultaneously 3 of such arrays at a rate of 1 image/min, and follow individual feeding activities in each cage as the movements of 150 larvae. The resulting image stacks are first processed with a custom program running under an open-source image analysis package (Icy) to measure the surface of each leaf disk over time. We further developed statistical procedures running under the R package, to analyze the time course of the feeding activities of the larvae and to compare them between treatments. As a test case, we compared how European corn borer larvae respond to quinine, considered as a bitter alkaloid for many organisms, and to Neemazal containing azadirachtin, which is a common antifeedant against pest insects. We found that increasing doses of azadirachtin reduce and delay feeding. However, contrary to our expectation, quinine was found poorly effective at the range of concentrations tested. The 3D printed model of the cage, of the camera holder, the plugins running under Icy, and the R procedures are freely available, and can be modified according to the particular needs of the users.

ABSTRACT Plant secondary metabolites pose a challenge for generalist herbivorous insects because they are not only potentially toxic, they also may trigger aversion. On the contrary, some highly specialized herbivorous insects evolved to use these same compounds as ‘token stimuli’ for unambiguous determination of their host plants. Two questions that emerge from these observations are how recently derived herbivores evolve to overcome this aversion to plant secondary metabolites and the extent to which they evolve increased attraction to these same compounds. In this study, we addressed these questions by focusing on the evolution of bitter taste preferences in the herbivorous drosophilid Scaptomyza flava , which is phylogenetically nested deep in the paraphyletic Drosophila . We measured behavioral and neural responses of S. flava and a set of non-herbivorous species representing a phylogenetic gradient ( S. pallida, S. hsui , and D. melanogaster ) towards host- and non-host derived bitter plant compounds. We observed that S. flava evolved a shift in bitter detection, rather than a narrow shift towards glucosinolates, the precursors of mustard-specific defense compounds. In a dye-based consumption assay, S. flava exhibited shifts in aversion toward the non-mustard bitter, plant-produced alkaloids caffeine and lobeline, and reduced aversion towards glucosinolates, whereas the non-herbivorous species each showed strong aversion to all bitter compounds tested. We then examined whether these changes in bitter preferences of S. flava could be explained by changes in sensitivity in the peripheral nervous system and compared electrophysiological responses from the labellar sensilla of S. flava , S. pallida , and D. melanogaster . Using scanning electron microscopy, we also created a map of labellar sensilla in S. flava and S. pallida . We assigned each sensillum to a functional sensilla class based on their morphology and initial response profiles to bitter and sweet compounds. Despite a high degree of conservation in the morphology and spatial placement of sensilla between S. flava and S. pallida , electrophysiological studies revealed that S. flava had reduced sensitivity to glucosinolates to varying degrees. We found this reduction only in I type sensilla. Finally, we speculate on the potential role that evolutionary genetic changes in gustatory receptors between S. pallida and S. flava may play in driving these patterns. Specifically, we hypothesize that the evolution of bitter receptors expressed in I type sensilla may have driven the reduced sensitivity observed in S. flava , and ultimately, its reduced bitter aversion. The S. flava system showcases the importance of reduced aversion to bitter defense compounds in relatively young herbivorous lineages, and how this may be achieved at the molecular and physiological level.

Foraging parasitoids use chemical signals in host recognition and selection processes. Thereby, chemicals from the herbivore hosts play a crucial role. When different herbivores are present in the same plant or field, the perception of specific volatiles and contact compounds emitted from the host itself enable the parasitoids both to differentiate between hosts and non-hosts and to estimate the health status of its host. During the host feeding process, contact between the parasitoid and its host is very crucial, and oral secretions from the host play a key role during the first contact for such evaluation by the parasitoid. Using an integration of behavioral observations, biochemical and sensory physiological approaches we demonstrate that female parasitoids of Cotesia flavipes recognize their host and oviposit in reaction to an α-amylase, which is present in the oral secretions of the larvae of their host, Chilo partellus. This activity was also mediated by a purified α-amylase synthetized from Drosophila melanogaster. Using this synthetized enzyme, we further demonstrate that the conformation of the enzyme rather than its catalytic site is responsible for this activity. This enzyme is activating gustatory neurons of the terminal antennal sensilla chaetica of C. flavipes females. α-amylases are therefore good candidates for an evolutionary solution to host selection in parasitoids, thus opening new avenues for investigations in hosts-parasitoids interactions.