Evolution of insect pheromones and their role in reproductive isolation and speciation

Abstract

The importance for reproductive isolation of a change in the pheromone biosynthetic pathway, resulting in a different pheromone blend, is discussed in Lepidoptera and Diptera. The different sites of pheromone production and the biosynthetic enzymes are briefly reviewed. Two examples of a modification in the pheromone blend leading to reproductive isolation in Lepidoptera are taken as examples: the first, in Ostrinia nubilalis, is involved in the formation of two different populations showing reproductive isolation; the second, in the genus Ostrinia, might be at the origin of the formation of two different species. In both examples, a modification in the function of a desaturase involved in pheromone biosynthesis brings about change in the pheromone blend. In the fruitfly, Drosophila melanogaster, a mutation at a desaturase locus leads to the formation of two populations which differ in their pheromone mixtures and have developed premating isolation. The closely related species, D. melanogaster and D. simulans, differ in their female pheromonal cuticular hydrocarbons. This pheromonal difference is due to two species- and female-specific genes, desatF and eloF. The activity of desatF could account for an effective barrier between these species. All these examples show that a birth and death process of desaturases is at the origin of major shifts in the pheromone blend leading to sexual isolation and speciation.

Résumé

L’évolution des phéromones d’insectes et leur rôle dans l’isolement reproducteur et la spéciation. Cette revue analyse l’effet d’une modification de la biosynthèse phéromonale sur l’isolement sexuel chez les Lépidoptères et Diptères. Nous rappelons brièvement les différents sites de production phéromonale et les enzymes de biosynthèse. Nous montrons deux exemples où une modification du bouquet phéromonal entraîne un isolement sexuel chez les Lépidoptères: chez l’espèce Ostrinia nubilalis, cette modification est à l’origine de la formation de deux populations montrant un isolement sexuel et dans le genre Ostrinia elle pourrait être à l’origine de la formation de deux espèces. Dans les deux cas, c’est une modification de l’activité d’un gène de biosynthèse, une désaturase, qui est à l’origine de la modification du bouquet phéromonal. Chez la mouche du vinaigre, Drosophila melanogaster, une mutation dans le locus d’une désaturase est à l’origine de la formation de deux populations différant par leurs phéromones et montrant un isolement reproducteur. Les deux espèces D. melanogaster et D. simulans, très proches génétiquement, diffèrent également entre elles par leurs hydrocarbures phéromonaux. Cette différence est due à deux gènes, exprimés de façon espèce et femelle spécifique, desatF and eloF. L’activité de desatF semble constituer une barrière effective entre les espèces. Ces exemples montrent qu’un phénomène de naissance-mort des gènes de désaturase semble être à l’origine de changements majeurs du bouquet phéromonal, entraînant un isolement reproducteur et une spéciation

Keywords:

• Biosythesic pathways
• desaturase
• cuticular hydrocarbons
• Lepidoptera
• Diptera