Specificity of olfactory responses in the tephritid fruit fly, Rhagoletis pomonella

Electroantennograms (EAG) were recorded from, and behavior observed of female apple maggot flies, Rhagoletis pomonella (Walsh) (Diptera: Tephritidae), in response to over 60 individual esters. For acetates through decanoates, 2 methylbutyrates, and isobutyrates, we tested homologous series of systematically altered chain lengths. Most of the compounds had been isolated from behaviorally active fractions derived from extracts of volatiles produced by host fruits of R. pomonella. For the acetates through hexanoates, maximum EAG amplitudes were elicited by esters with chain lengths of 9 carbons and for the heptanoates through nonanoates, by 10 carbon esters. Recovery time, or the rate at which the EAG trace returned to the baseline following maximum depolarization, was slowest for straight chain esters that were 9–11 carbons long. Branching of the chain by addition of a methyl group to either side of the ester resulted in a decline in amplitude and a faster recovery time. Compared to EAG results, only 5 esters (butyl and pentyl hexanoate; propyl and butyl heptanoate; propyl octanoate) were highly active in wind tunnel bioassays, demonstrating (1) the hazard of assigning significance to EAG-active compounds without accompanying behavioral data, but more importantly; (2) a high degree of olfactory specificity. Maximum behavioral response was contingent upon the following rules regarding size and structure of the molecule. The ester must (1) be a straight chain; (2) be 10–11 carbons in length; (3) have an acid portion of 6–8 carbons and an alcohol portion of 3–5 carbons. One of the active esters, butyl hexanoate, appears in significant concentrations in the headspace of host fruit and, because this ester elicits such a pronounced behavioral response, our results suggest that R. pomonella is adapted to perception of a compound that is typical of its hosts.

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Résumé Les réactions de R. pomonella à plus de 60 esters différents ont été enregistreées par électroantennogrammes (EAG) et par ovservation du comportement. Pour les acétates, avec les décanoates, les 2-méthylbutyrates et les iso butyrates, nous avons examiné des séries homologues de chaînes aux longueurs systématiquement altérées. La plupart de ces composés ont été isolés à partir des fractions actives sur le comportement, issues des extraits des substances volatiles des fruits des plantes hôtes de cette téphritidae. Pour les acétates, avec les hexanoates, les EAG aux plus grandes amplitudes ont été obtenus avec des esters dont la longueur des chaînes est de 9 carbones, et avec les heptanoates et les nonanoates pour les esters à 10 carbones. Le temps de récupération ou temps mis par l'EAG pour revenir à l'ordonnée de départ après dépolarisation maximum, a été plus lent pour les esters à chaînes droites avec 9 à 11 carbones. La ramification de la chaîne par addition d'un groupe méthyl de chaque côté de l'ester a provoqué une réduction de l'amplitude et une accélération de la récupération. 5 esters seuls provoquent une forte réaction dans le tunnel à vent (hexanoates butilique et pentylique, heptanoates propylique et butylique, octanoate propylique). Ceci montre (1) le risque qu'il y a à attribuer une signification aux substances provoquant une réaction en EAG, lorsqu'il n'y a pas d'observations comportementales parallèles, et, surtout; (2) le degré élevé de spécificité olfactive.La résponse comportementale optimale obéit aux règles suivantes concernant la taille et la structure de la molécule. L'ester doit avoir: (1) une chaîne linéaire; (2) 10–11 carbone de longueur; (3) une portion acide de 6 à 8 C et une portion alcool de 3 à 5 C. Le butyl hexanoate, l'un des esters actifs, présent en concentration suffisante près de fruits utilisés, provoque pour cette raison une réponse comportementale tellement marquée, que nos résultats suggèrent que R. pomonella est adapté à la perception des substances caractéristiques de leurs hôtes.