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Abeilles noires, italiennes, africanisées ? Comment savoir ?

Le génome de l’abeille ? C’est quoi ? (2007)
Par Yves Layec

On parle beaucoup de gènes, de génétique ou d’ADN dans les différents médias (journaux, radio, télévision). Quelquefois un peu à tort et à travers. On trouve des ossements dans la Manche : leur propriétaire est identifié par l’ADN. Un crime est commis ici ou là : les coupables sont démasqués grâce à leur ADN. Des condamnés à morts aux Etats-Unis sont graciés in extremis grâce à des analyses génétiques effectuées vingt ans après les faits reprochés. On imagine qu’on va faire revivre des dinosaures ou des mammouths à partir de fragments d’ADN trouvés dans des fragments d’os fossiles. Pendant plus d’une semaine tous les ans au début du mois de décembre, le Téléthon mobilise des milliers de personnes.

Les techniques développées ces dernières années et utilisées pour décoder le génome humain peuvent bien entendu s’appliquer pour analyser le génome d’animaux ou de végétaux. L’abeille n’y a pas échappé.

Si dans le cas de maladies génétiques, on imagine un peu ce que l’on espère obtenir de ces recherches, même si le commun des mortels n’y comprend pas grand-chose, que peut-on en attendre dans le cas d’insectes et plus particulièrement de l’abeille ?

Introduction
L’abeille intéresse les scientifiques pour diverses raisons : son importance dans la pollinisation et ses relations avec les fleurs, son organisation sociale élaborée, ses capacités d’apprentissage en laboratoire malgré un cerveau minuscule (1 million de neurones, 100 000 fois moins que chez l’homme et seulement 4 fois plus que chez la drosophile). Pour beaucoup d’entre eux il s’agit surtout d’un modèle d’étude : modèle pour les recherches sur l’ADN, modèle pour les études sur le fonctionnement du cerveau et des neurones parce que plus simple, modèle pour l’apprentissage, modèle pour l’organisation en sociétés, etc.

Un consortium international, le « Honeybee Genome Sequencing Consortium », regroupant 170 chercheurs de presque 16 pays, dirigé par l’Américain Georges Weinstock du Baylor College of Medicine de Houston, vient de publier, après plusieurs années de travaux, le premier séquençage complet du génome de l’abeille Apis mellifera. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue scientifique internationale Nature. Ainsi le séquençage du génome de l’abeille suit ceux de la drosophile, d’un moustique et du ver à soie.

Compte tenu de mon grand âge, je n’ai pas eu la chance d’apprendre des notions de biologie à l’école. Je ne connais pas grand-chose aux gènes ni à la génétique. Aussi je ne m’attarderai sans doute pas trop dans les détails techniques, on se contentera d’une série de définitions que beaucoup connaissent sans doute, pour arriver à essayer de décrire ce que cela apporte de pratique sur l’abeille et sur ce qu’on peut en attendre dans les années qui viennent dans le domaine de l’apiculture. J’ose espérer que d’ici quelques mois nous trouverons bien quelques éminents chercheurs qui voudront bien nous décoder avec plus de rigueur et d’informations tous ces articles publiés sur le génome de l’abeille.

Les gènes -Tout d’abord essayons de rappeler (très) simplement de quoi il s’agit
Cellules
L’abeille est un être vivant. Tous les êtres vivants, végétaux et animaux sont constitués de cellules. Dans la hiérarchie de l’organisation biologique, la cellule représente le premier niveau capable de vie. D’ailleurs, bien des êtres vivants ne sont constitués que d’une seule cellule, les bactéries et les amibes par exemple. Les organismes supérieurs, dont les végétaux et les animaux, comportent plusieurs sortes de cellules spécialisées, organisées en groupements complexes, comme les tissus et les organes. Le corps humain compte de 60 000 à 100 000 milliards de cellules. Cependant, même lorsqu’elles s’unissent à d’autres pour atteindre un tel niveau d’organisation, les cellules demeurent toujours les unités fondamentales de la structure et du fonctionnement des organismes. Et comme tout être vivant, la cellule assimile, grandit, se multiplie, et meurt.

Chaque cellule est déjà quelque chose de complexe. Elle est constituée d’un noyau entouré du cytoplasme lui-même entouré d’une membrane. Cette membrane qui a une perméabilité sélective permet les échanges (eau, ions, protéines…) avec le milieu environnant et les cellules voisines. Une cellule peut être ainsi décomposée en un certain nombre d’éléments : (Fig. 1 : Schéma simplifié d’une cellule). Parmi ceux qui nous intéressent ici citons :

genome 1

Les mitochondries : les mitochondries sont de petites structures (des organites) situées dans le cytoplasme de la plupart des cellules animales et végétales. Elles fournissent l’énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule. Le nombre de mitochondries d’une cellule (quelques unités à plusieurs dizaines de milliers) dépend de l’intensité de son activité : une cellule musculaire, par exemple, en possède beaucoup. La mitochondrie renferme son propre ADN, l’ADN mitochondrial ou ADNmt, qui diffère de celui contenu dans le noyau. Sous forme de molécule circulaire cet ADNmt contient des gènes essentiels à la vie cellulaire, par exemple les gènes qui codent les ARNt indispensables à la synthèse des protéines.

Cet ADN mitochondrial a une caractéristique particulièrement intéressante. Lors de la fusion de l’ovule avec le spermatozoïde pour former un œuf, le spermatozoïde n’apporte pratiquement que son noyau alors que l’ovule apporte noyau et cytoplasme. Les mitochondries contenues dans le cytoplasme viennent donc de la mère. L’étude de l’ADN mitochondrial permet de suivre la généalogie maternelle.

On trouve aussi dans la cellule d’autres éléments qu’on désigne par le terme général d’organites et qui assurent le fonctionnement de la cellule et les échanges avec l’extérieur.

ADN
Ou Acide DésoxyriboNucléique. L’ADN est une molécule géante formée de deux brins enroulés en hélice.

L’ADN est une molécule géante formée de deux brins enroulés en hélice. Cette structure en forme de double hélice a été découverte en 1953 par James Dewey Watson, Francis Crick et al., ce qui leur valut le Prix Nobel de médecine en 1962. Au cours de ces cinquante dernières années, l’étude et la compréhension du rôle et du fonctionnement de cet ADN ont fait des progrès qui étaient inimaginables il y a simplement quelques années.Cette structure en forme de double hélice a été découverte en 1953 par James Dewey Watson, Francis Crick et al., ce qui leur valut le Prix Nobel de médecine en 1962. Au cours de ces cinquante dernières années, l’étude et la compréhension du rôle et du fonctionnement de cet ADN ont fait des progrès qui étaient inimaginables il y a simplement quelques années.

genome 3

Chaque brin est constitué de l’enchaînement de nucléotides, qu’on appelle « bases ». Il existe 4 bases différentes : l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C). Elles maintiennent ensemble les 2 brins de l’ADN. Elles s’associent par paires : le « A » d’un brin « s’associe » toujours avec un « T » sur l’autre brin, et le « C » toujours avec un « G ».

Quand les cellules se divisent, cet ADN se reproduit à l’identique : toutes les cellules d’un individu, même appartenant à des organes différents, contiennent le même ADN, c’est ce qui fait l’identité de l’individu.

Chromosomes
Les chromosomes sont constitués d’une molécule d’ADN associée à de nombreuses protéines (histones). Le nombre de chromosomes par cellule est une caractéristique de chaque espèce ; dans l’espèce humaine, il y a 46 chromosomes (23 paires, ou encore 22 paires de chromosomes autosomes plus les chromosomes sexuels XX chez la femme et XY chez l’homme) et donc 46 molécules d'ADN par cellule diploïde.

genome 2

Chez l’abeille femelle (reine ou ouvrière), il y a 16 paires de chromosomes. Mais chez le faux-bourdon, les chromosomes ne sont pas appariés : il n’y a que 16 chromosomes. Le mâle de l’abeille est haploïde comme chez tous les hyménoptères.

Pendant une certaine période de la vie de la cellule, les chromosomes apparaissent constitués de deux bras séparés par une zone étranglée appelée centromère. Les bras ont une taille variable en fonction des chromosomes. Chaque extrémité des chromosomes prend le nom de télomère (il y a donc deux télomères par chromosome). Chacun des bras est constitué de deux chromatides qui sont attachées l’une à l’autre au niveau du centromère. Ces deux chromatides correspondent aux deux molécules identiques qui résultent de la réplication de l’ADN.

Si on commençait à débobiner un chromosome, on obtiendrait quelque chose comme sur la figure 2. Tout au bout on a la fameuse structure en double hélice où la brique élémentaire de la construction est la paire de bases.

Gènes et allèles
Un gène est un « morceau » ou « séquence » de l’ADN contenu dans le noyau de nos cellules et qui porte le plan de fabrication d’une protéine (on ne détaillera pas ici le processus. Les gènes sont porteurs des informations relatives aux caractéristiques d’un individu (couleur des yeux par exemple). L’homme possède environ 30 000 gènes, ce qui ne représente que 5 % de tout son ADN. Certaines espèces animales et végétales ont plus de gènes que l’homme. Le blé tendre par exemple a environ 100 000 gènes. Les chromosomes servent donc de support à l'information génétique.

Chaque gène est présent dans nos cellules en deux exemplaires appelés allèles, l’un venant du père, l’autre de la mère. Pour un même gène un allèle peut prendre un certain nombre de « valeurs » possibles. Il est localisé à un endroit précis sur nos chromosomes et est délimité aux extrémités par des codons particuliers. Toutes nos cellules ont les mêmes gènes mais, selon la cellule, les uns s’expriment, les autres sont « silencieux ». Ainsi les gènes codant pour les protéines de nos cheveux s’expriment dans les cellules des cheveux mais pas dans celles du foie. Un même gène peut intervenir dans le codage pour plusieurs protéines ; inversement, une protéine peut être synthétisée à partir de plusieurs gènes.

Chez le faux-bourdon, qui est donc haploïde, il n’y a pas d’allèle venant du père, car il est issu d’un ovule non fécondé. Les caractères du faux-bourdon lui sont entièrement transmis par la reine. Une reine issue d’une reine jaune et d’un mâle jaune donnera naissance à des mâles jaunes même si elle a été fécondée par des mâles noirs, puisque tous ses chromosomes porteront l’allèle de valeur « jaune » sur le gène permettant de synthétiser la ou les protéines contrôlant la couleur, et que les faux-bourdons, haploïdes, ne reçoivent des chromosomes que de leur mère.

Génome
Le génome est l’ensemble de l’ADN présent dans le noyau de chacune des cellules d’un organisme. Il correspond à l’ensemble des chromosomes. Si l’on compare l’ADN à un collier de perles, fait avec 4 types de perles différentes (les quatre « bases » de l’ADN : A, T, C et G), le génome humain est une chaîne de 3,4 milliards de perles. Les génomes de deux personnes diffèrent en moyenne d’une « perle » sur mille.

Les gènes ne représentent qu’environ 5 % de notre génome. On ne connaît pas aujourd’hui le rôle de la totalité des séquences non codantes qui occupent les 95 % restant mais on a identifié la fonction de quelques-unes d’entre elles : certaines régulent la réplication et la transcription de l’ADN, d’autres sont mises en jeu dans la structuration des chromosomes.

Génotype et phénotype
Le génotype est l’ensemble des allèles (paternel et maternel) de tous les gènes d’un individu. Le génotype d’un individu est l’information génétique portée par ses gènes, qu’elle soit ou non exprimée sous forme de protéines. Le phénotype est l’ensemble des caractéristiques d’un individu, que ce soit son apparence physique (couleur des yeux, taille…) ou sa physiologie. Le phénotype est une réalisation particulière d’un génotype, dans un environnement donné. En effet, le phénotype d’un individu est dû aux protéines fabriquées au cours de sa vie d’embryon puis d’adulte. Or les protéines sont commandées par les gènes (par l’un ou l’autre allèle, ou les deux). Cependant le phénotype n’est pas dicté uniquement par le génotype : l’environnement joue un grand rôle dans la régulation de l’expression des gènes, c’est-à-dire leur traduction en protéines, à un moment donné, dans une cellule donnée. Ainsi, un gène de prédisposition à un cancer peut très bien ne jamais s’exprimer suivant le mode de vie de l’individu.

L’illustration la plus spectaculaire de cette différence entre génotype et phénotype est la comparaison d’un papillon et de la chenille dont il est issu, qui ont bien entendu exactement le même ADN.

Un autre exemple plus proche de nos préoccupations : une reine et une ouvrière ont le même génotype, le même ADN, mais les conditions de leur élevage (cellule et nourriture) par les abeilles en feront une reine ou une ouvrière. Elles n’ont pas le même phénotype.

Protéines et enzymes
Une protéine est une grosse molécule présente chez tous les êtres vivants. Indispensables à la vie de la cellule et de l’organisme tout entier, les protéines sont fabriquées par nos cellules à partir de l’ADN et grâce au code génétique. De celles qui constituent nos cheveux (la kératine) à celles qui nous défendent contre les microbes (les anticorps), les protéines ont des fonctions très variées.

Une enzyme (ou un enzyme) est une molécule (protéine ou ARN) particulière permettant d’accélérer jusqu’à des millions de fois les réactions chimiques du métabolisme se déroulant dans le milieu cellulaire ou extra-cellulaire. Les enzymes agissent à faible concentration et elles se retrouvent intactes en fin de réaction : ce sont des catalyseurs biologiques (ou biocatalyseurs).

Une enzyme, comme toute protéine, est synthétisée à partir des informations codées dans l’ADN ou dans l’ARN dans le cas de certains virus. Il existe plus de 3 500 enzymes différentes répertoriées.

Duplication de l’ADN lors de la division cellulaire
Lorsque les cellules se divisent, tout se dédouble dans la cellule. S’il est assez facile d’imaginer le doublement de la membrane, le dédoublement du noyau et de tout ce qu’il contient paraît plus compliqué. Dans le noyau, les chromosomes, et donc les chaînes d’ADN qui le composent, se recopient par un mécanisme particulier lié aux propriétés de la fameuse double hélice et des fameuses paires de base dont on a dit deux mots plus haut. Si tout se passe bien, une chaîne d’ADN se dédouble en deux chaînes identiques à la première. La division cellulaire ou mitose conduit à deux cellules identiques y compris au niveau du noyau et donc de l’ADN. Quoique…

Mutations ou ratés de duplication
Mais justement tout ne se passe pas toujours très bien. Il y a des ratés dans la recopie des chaînes d’ADN. Ce sont les mutations.

Une mutation est une modification de la séquence d’ADN. Elle peut être ponctuelle ou aller jusqu’à l’addition ou l’élimination de tout un fragment d’ADN. Si l’on compare l’enchaînement des « bases » de l’ADN aux perles d’un collier, une mutation ponctuelle peut être l’altération d’une perle, le remplacement d’une perle par une perle d’un autre type, l’insertion ou la suppression d’une ou plusieurs perles.

Les mutations peuvent être létales, c’est-à-dire conduire rapidement à la mort de la cellule ou de l’individu. Elles peuvent avoir un impact négatif auquel cas la sélection naturelle conduirait à leur extinction progressive dans la population. Elles peuvent aussi conduire à un avantage sélectif positif. Dans ce cas où elles sont bénéfiques, elles se transmettront à la descendance et on aura une évolution de l’espèce. Les mutations constituent donc un élément moteur de l’évolution.

Le génome de l’abeille
Séquençage de l’ADN
Le séquençage consiste à couper l’ADN en morceaux (séquences) dont les bases, notées « A », « T », « G », « C », sont identifiées de façon automatisée. Un traitement informatique des données permet ensuite d’assembler toutes les séquences, une fois leurs bases identifiées. Autrement dit le séquençage d’un génome est la détermination de l’ordre linéaire exact des différentes « perles » - leurs bases - qui composent le long « collier » qu’est l'ADN. On obtient une suite de lettres symbolisant ces perles : ATGCTCAAG etc. De nombreux génomes ont déjà été séquencés. Parmi les génomes séquencés on trouve des virus (celui de la paralysie aiguë ou APBV), des bactéries (celle de la loque américaine, Pænibacillus larvæ), des mycoses (Ascosphæra apis), des plantes (le blé…), des insectes… On trouve aussi des animaux supérieurs comme le chimpanzé et bien entendu l’Homme.

Pour interpréter le sens de cette immense « phrase » qu’est le génome séquencé, il faut repérer les « mots » (gènes) noyés dans une quantité de séquences dénuées de sens, les identifier et localiser leurs zones de régulation. Ceci demande un travail colossal et des ordinateurs puissants, et donc une collaboration entre de nombreuses équipes de chercheurs.

Des scientifiques décodent le génome de l’abeille
Le 26 octobre 2006, il y eut un gros remue-ménage médiatique dans le monde scientifique. Des interviews, des communiqués de presse, des articles dans tous les journaux du monde. Un gros article dans la revue scientifique internationale Nature (Nature, N° 443, 26 octobre 2006 pages 931-949). La nouvelle : le génome de l’abeille a été décodé !

L’idée originale remonte à 1999 et est due au chercheur Gene Robinson (au prénom prédestiné !) et à l’apiculteur professionnel américain Daniel Weaver. Un consortium international de scientifiques, dirigé par l’Américain Georges Weinstock du Baylor College of Medicine de Houston, y travaille depuis l’année 2002. Plus de 170 chercheurs d’une centaine de laboratoires de 16 pays ont participé à ce travail colossal. Cinq laboratoires français font partie de ce consortium.

L’article de Nature fait référence à de très nombreux articles dont certains sont seulement en cours de parution. Simultanément d’autres articles paraissent ou vont paraître dans d’autres revues internationales scientifiques de renom dont Genome Research (publiés sur internet le 25 octobre 2006) et Insect Molecular Biology.

L’abeille est ainsi le quatrième insecte dont le génome est décodé après la drosophile Drosophila melanogaster (en 2000) (vous savez bien, la petite mouche à fruit ou mouche du vinaigre), le moustique responsable du paludisme Anopheles gambiae (en 2002) et le ver à soie Bombyx mori (en 2004). Ce qui permet de les comparer, de discerner similitudes et différences, et d’en déduire les fonctions et le rôle de certains gènes.

Quelques chiffres
L’abeille a 16 chromosomes. Sur ces chromosomes les chercheurs ont identifié un peu plus de 10 000 gènes, contre 13 600 pour la drosophile, 14 000 pour le moustique, 18 500 pour le ver à soie et environ 25 000 pour l’Homme.

En ce qui concerne la longueur du génome, celui de l’abeille comprend 236 millions de paires de base (Mpb) contre 118 Mpb pour la drosophile et 3 400 Mpb pour l’Homme. Mais ces chiffres peuvent encore un peu évoluer en fonction de l’avancement des recherches et de la précision des résultats.

Les gènes, leurs rôles ?
Les scientifiques ont commencé à rechercher les rôles de certains gènes. Dans certains cas les explications sont bien étayées et assez sûres, dans d’autres cas il s’agit pour l’instant de spéculations nécessitant des études complémentaires dans les prochaines années. Voici déjà quelques points intéressants avancés dans les publications parues ou en cours.

Migrations de l’abeille
Tout le monde sait qu’il y a une dizaine d’espèces d’abeilles du genre Apis : Apis cerana, Apis mellifera, Apis dorsata, Apis florea et quelques autres. Elles sont toutes sauf une installées en Asie. Seule Apis mellifera est répartie naturellement depuis le sud de l’Afrique jusqu’en Asie centrale et au Nord de l’Europe. Il existe au sein de l’espèce Apis mellifera, plusieurs « races » ou sous-espèces d’abeilles (entre 25 et 30). De même qu’à partir d’études génétiques, on a établi le cheminement du peuplement de la Terre par l’homme à partir d’une origine Africaine, l’étude du génome de l’abeille permet de suivre ses migrations dans le Monde.

Pour explorer les mouvements des populations d’abeilles, les chercheurs utilisent de simples marqueurs dans l’ADN qui permettent de dire quelle abeille est parente avec quelle autre, et d’où vient telle abeille particulière. Alors que les études précédentes n’utilisaient qu’une poignée de marqueurs, dans cette étude les chercheurs ont utilisé les nouveaux résultats sur le génome pour localiser et comparer jusqu’à 1 136 marqueurs. Cette augmentation importante du nombre de marqueurs fournit un niveau de détails jamais obtenu jusqu’à présent dans l’analyse génétique des abeilles. 328 échantillons d’Apis mellifera et 13 échantillons des autres espèces d’abeilles ont été étudiés.

genome abeille 2

Fig. 4 : Relations entre les dix sous-espèces géographiques étudiées.
Source : Nature 443,931-949 (26 octobre 2006)

Les 10 sous-espèces géographiques étudiées, de 9 à 21 abeilles par sous-espèce, forment quatre groupes notés M, C, A et O, ce qui correspond à ce qui avait été trouvé par morphométrie par Ruttner en 1978 et par l’analyse de l’ADN mitochondrial par Garnery, Solignac et al. en 2000.

L’abeille serait originaire d’Afrique, et non du Proche-Orient comme supposé précédemment, et s’est étendue à l’Europe par au moins deux anciennes migrations. Tout d’abord en Europe de l’Ouest par l’Espagne, puis en remontant jusqu’aux Îles Britanniques et les pays Scandinaves, l’Europe du nord et la Russie. Une seconde migration a eu lieu plus tard vers le Proche-Orient et le sud de l’Europe. L’abeille noire (Apis mellifera mellifera) et l’abeille italienne (Apis mellifera ligustica) seraient donc plus éloignées génétiquement l’une de l’autre que de leur parent commun Apis mellifera scutellata bien qu’elles soient arrivées à être très proches géographiquement. Que se passe-t-il alors dans les nouvelles zones de contact comme les régions alpines ? Que devient alors l’abeille savoyarde ? Affaire à suivre.

Abeille africanisée et races d’abeilles
Avant le XVe siècle il n’y avait pas d’abeilles ailleurs qu’en Europe. En Amérique du Nord, c’est en 1622 que furent introduites par les colons Européens les premières colonies d’abeilles. Au moins 8 sous-espèces y ont été ainsi ensuite introduites. Le génome de l’abeille américaine est donc un mélange complet des trois groupes de sous-espèces européennes, et ceci jusqu’à l’arrivée en 1956 d’Apis mellifera scutellata au Brésil, introduite pour améliorer les rendements en miel dans ces régions tropicales. Les descendants de cette abeille africaine, dite aussi « l’abeille tueuse » car plus agressive que les abeilles européennes se sont étendus vers le sud et vers le nord, en s’hybridant et/ou en déplaçant les abeilles européennes précédemment introduites.


Abeille africanisée ? Comment savoir ?

D’après les études effectuées, tous les échantillons d’abeilles africanisées sont des hybrides entre l’abeille africaine et les populations préexistantes. Cependant, les allèles des abeilles italiennes sont remplacés par les allèles africains alors que ceux de l’abeille noire ne le sont pas. Dit autrement, l’abeille africanisée remplace l’abeille italienne par hybridation et l’abeille noire en prenant sa place. Il n’est pas encore facile d’expliquer cette différence entre ces sous-espèces. Serait-ce dû au fait que l’abeille noire serait une plus proche parente de l’abeille africaine que ne le serait l’abeille italienne ?

La raison pour laquelle l’abeille africaine a envahi les Amériques avec tant de succès et ne s’est pas propagée en Europe (pas encore ? pour combien de temps ?) n’est, elle non plus, pas encore élucidée. Peut-être que les sélections des éleveurs américains ont été défavorables du point de vue compétition avec la nouvelle arrivée.
On s’attend maintenant à une compétition entre chercheurs pour identifier les gènes qui pourraient être responsables du comportement « défensif » des abeilles africanisées. Par extension on pourrait voir la différence sur ce caractère entre l’abeille noire et l’abeille italienne (et d’autres évidemment). Il serait en effet intéressant de savoir pourquoi telle ou telle colonie est douce ou agressive et à terme comment sélectionner sur ce caractère.

Gènes associés aux odeurs et au goût
Dans le cadre de ce travail, Hugh Robertson et Kevin Wanner ont identifié la famille des récepteurs associés au goût et à l’odeur. Ils ont trouvé que l’abeille a 170 gènes récepteurs pour l’odorat, ce que l’on peut comparer à la drosophile qui en a 62, et au moustique qui en a 79. Il faut noter que ce nombre élevé de gènes correspond bien au nombre estimé de glomérules dans le lobe antennaire de l’abeille. Ceci entraîne des dispositions remarquables, exceptionnelles, en ce qui concerne les possibilités olfactives de l’abeille, incluant la perception de phéromones, la reconnaissance des signaux des autres individus parents et toute la communication sociale à l’intérieur de la colonie.

L’abeille utilise aussi les capacités de son odorat pour la recherche de nourriture. Cela lui permet de choisir entre un grand nombre de fleurs grâce à de subtiles différences qu’elle peut détecter. Ce grand nombre de récepteurs lui permet de trouver les sources de nourriture et de communiquer les emplacements aux autres abeilles.

Un exemple de cette sensibilité aux odeurs concerne les mâles. Les antennes des faux-bourdons sont spécifiquement conçues pour détecter les phéromones des reines lors du vol nuptial. Plusieurs récepteurs d’odeurs ont été identifiés dans les antennes des mâles. C’est un grand pas vers la compréhension du fonctionnement de l’odorat des insectes au niveau moléculaire.Par contre, en ce qui concerne le goût, l’abeille n’a que 10 récepteurs contre 68 pour la drosophile et 76 pour le moustique. Comment interpréter cela ? Les insectes qui se nourrissent des plantes ont souvent un stade larvaire sous forme de chenilles qui consomment goulûment des végétaux. Ceux-ci ont dû développer des stratégies de défense incluant la présence de substances toxiques. Or les abeilles ont évolué avec les plantes dans le contexte d’un bénéfice réciproque. Les plantes n’ont pas eu à se défendre contre l’abeille en sécrétant des toxines dans le nectar. Il y a aussi les échanges de nourriture par trophallaxie entre abeilles adultes ; on ne développe pas de mécanismes de défense contre un parent qui vous offre de la nourriture. De même les larves se développent au sein de la colonie et sont nourries par les abeilles adultes avec une nourriture (gelée royale et bouillie larvaire) sans doute pratiquement exempte de toxines. Puisque les abeilles n’ont pas besoin de détecter de toxines dans leur alimentation, elles n’auraient pas besoin de beaucoup de détecteurs de goût.

Trophallaxie et alimentation du couvain.

Résistance aux pesticides
Les abeilles sont sensibles aux insecticides (c’est évident !) et il y a eu des pertes importantes de populations dans plusieurs régions du globe. Les pesticides par contact affectent les ouvrières, tandis que des résidus de pesticides s’accumulent dans les substances lipophiles comme la cire ou le pollen affectant alors le couvain et la reine de la colonie. Les effets sublétaux des pesticides affectent l’apprentissage et les réflexes conditionnés aux odeurs, caractères qui sont directement liés au butinage. Les effets des pesticides se font donc sentir à tous les stades du développement de l’abeille et sur toutes les castes (reine, ouvrières et mâles).

Or il semble que les familles de gènes de détoxification soient plus petites chez l’abeille, la rendant beaucoup plus sensible à certains pesticides que ne le sont d’autres insectes. Les enzymes de détoxification générés par certains gènes, permettent aux insectes de métaboliser (détruire ou modifier) les molécules de pesticides, les rendant inoffensives. On dit alors que l’insecte est résistant au pesticide puisqu’il peut le rendre inoffensif avant qu’il n’agisse. Par conséquent l’abeille a moins de ressources contre les pesticides que n’en ont les moustiques ou les mouches, et est donc plus vulnérable dans l’environnement actuel.

Résistances aux maladies
L’abeille vit dans des cavités, avec de fortes populations. C’est un environnement et une situation démographique favorables au développement des maladies contagieuses. On connaît bien les maladies contagieuses : loques, mycoses, acariose, nosémose, maladie noire… La contagion par contact est évidente.

La défense de l’abeille contre ces pathogènes inclut un certain nombre de comportements comme l’épouillage, le caractère hygiénique qui lui permettent de se défendre contre les loques et même contre le varroa, l’élevage des larves en cellules individuelles, et quelques autres comportements collectifs comme l’instinct de nettoyage… Les abeilles ont aussi individuellement des barrières morphologiques et des défenses immunitaires leur permettant de lutter contre les infections.

Les résultats suggèrent ici que les abeilles ont relativement peu de défense contre les agents pathogènes au niveau individuel, et encore ont-elles un système immunitaire étroitement relié à un petit groupe de pathogènes avec lesquels elles ont cohabité au cours de l’évolution.

Que deviendront-elles avec l’arrivée de nouveaux agents infectieux ou de nouveaux parasites ? On l’a vu avec le varroa… Le verra-t-on avec de nouveaux venus : virus, bactéries, microsporidium, acariens… ?

Cycle circadien
De façon plus anecdotique pour nous apiculteurs, mais pas pour les scientifiques, l’abeille aurait un rythme circadien proche de celui des mammifères s’éloignant ainsi au cours de l’évolution des autres insectes. Le rythme circadien est le sens inné de jour et de nuit. D’après les chercheurs ceci la rendrait plus efficace dans la récolte de nourriture.

Ouvrières ou mâles
Chez l’homme il y a des chromosomes sexuels. La présence du couple XX dans le jeu de chromosomes conduit à une femme et le couple XY à un homme. Chez l’abeille il n’y a pas de chromosome sexuel, mais le sexe est déterminé par la combinaison d’allèles sur un emplacement appelé « gène sexuel ». Pour obtenir une femelle il est nécessaire d’avoir les deux allèles en question différents ou « hétérozygotes ». Les œufs non fécondés n’ayant qu’un jeu de chromosomes (l’allèle en question est alors « hémizygote ») donnent naissance à des mâles haploïdes viables. Quand les deux allèles sont identiques ou « homozygotes » on obtient un mâle diploïde éliminé par les abeilles.

Le gène étant identifié, reste à savoir comment il intervient pour provoquer un développement en mâle ou en femelle. Et dans le cas du mâle diploïde qu’est-ce qui induit son élimination par les ouvrières, est-ce une phéromone particulière émise par ces derniers ? Autre chose ?

Vie sociale et activités des ouvrières, vieillissement
Le comportement des abeilles en fonction de l’âge est bien connu des apiculteurs. Les nourrices s’occupent des travaux d’intérieur durant les 2 ou 3 premières semaines de leur vie avant de devenir butineuses de nectar et de pollen. Lors des changements d’activités et donc de comportement, de nouvelles communications nerveuses sont mises en place par des changements de structure et la biochimie du cerveau, et comme le montrent ces nouvelles études, beaucoup de changements ont lieu dans l’expression des gènes.

Les chercheurs ont trouvé quelques pistes pour le comportement social de la colonie. Par exemple si vous enlevez les butineuses de la colonie et ne gardez que des nourrices du même âge, une forme de pression va inciter certaines abeilles nourrices à devenir plus rapidement (jusqu’à deux semaines plus tôt que les autres) butineuses en réponse aux besoins de la ruche. Ce changement d’activité met en jeu des changements de plusieurs milliers de gènes dans le cerveau de l’abeille. Quelques gènes deviennent inactifs tandis que d’autres vont s’exprimer impliquant un changement de comportement. Quelques gènes « régulateurs en chef », existant également chez la mouche, seraient responsables de l’activité de ces milliers de gènes.

Les télomères, extrémités des chromosomes, sont très impliqués dans le vieillissement des cellules et des individus. Quels sont les mécanismes impliqués dans les durées de vie aussi différentes que celles de l’abeille d’été (~6 semaines), l’abeille d’hiver (~3-4 mois) et la reine (~3-4 ans), ces individus ayant pourtant le même bagage génétique ?

Que peut-on attendre ?
Dans l’apiculture de tous les jours
Vous avez sans doute remarqué à la lecture de ce qui précède que les apiculteurs, par leurs observations minutieuses, connaissent souvent beaucoup du comportement de l’abeille. Cependant les explications restent souvent sommaires et empiriques. Désormais les chercheurs essayent d’expliquer ces comportements par l’expression ou non de tels ou tels gènes, ceux-ci entraînant la production de protéines et d’enzymes, qui entraînent à leur tour des réactions chimiques au sein des cellules et en particulier dans le cerveau, induisant enfin les dits comportements.

Mais dans l’immédiat, pour l’apiculture d’aujourd’hui ? Des traitements contre les maladies ? Contre les parasites ? Une prise en compte des dangers entraînant une diminution des pesticides ?

Pour l’apiculture de demain
Kevin Hackett, un des chercheurs impliqués dans ce programme a dit : « Ce travail représente une avancée majeure dans nos efforts pour garantir la pollinisation des cultures et l’approvisionnement en nourriture de la population du monde. Les trois-quarts des plantes à fleurs sont dépendants des pollinisateurs (insectes, oiseaux, chauves-souris…). Cependant le pollinisateur le plus important au monde, l’abeille mellifère, est en danger. Maintenant les scientifiques ont un outil puissant pour lutter contre les causes de ce déclin, en améliorant la santé de l’abeille et en augmentant la production de miel ».

Mais comment lutter contre les maladies des abeilles, comment améliorer sa santé, et pourquoi pas comment la rendre résistante aux pesticides ?

Si on connaît les gènes impliqués dans telle ou telle qualité ou dans tel ou tel défaut, peut-être sera-t-il possible de mieux mettre en place des programmes de sélection ? Encore faudra-t-il connaître les gènes liés entre eux sur le génome car sélectionner certains caractères c’est aussi souvent en éliminer d’autres.

Il y a deux ans on pouvait lire dans les premiers textes sur le décodage du génome de l’abeille :
« La participation d’Evans, entomologiste, se concentre sur la caractérisation des gènes participant au potentiel de résistance à la bactérie Paenibacillus larvae [….]. Le facteur principal est l’abaecin, une petite protéine qui pourrait avoir une part de responsabilité dans la résistance aux loques de certaines abeilles.

Cartographier le génome de l’abeille ouvre d’autres axes de recherche existants, tels que : identifier les gènes marqueurs pour encourager l’élevage d’abeilles, par exemple pour un meilleur hivernage, modifier les propres réactions pathogènes pour mieux contrôler les maladies ou encore conduire des études pour accorder finement alimentation de l’abeille et pollinisation. Par exemple, en localisant les gènes de l’olfaction, les chercheurs pourraient être capables d’améliorer le nourrissement des abeilles grâce à des suppléments ou à des facultés de butiner plus longtemps. »

Gilles Ratia, le « webmaster » du site Apiservices.com commentait alors : « L’apiculture peinarde, cela fait 30 ans que c’est fini. Alors question "Abeilles Génétiquement Modifiées", on n’est plus à cela près !… Voilà, les 300 millions d’unités d’ADN de l’abeille n’ont plus de secret pour nous. D’ici à ce que l’on nous vende des abeilles "Imidaclopride Ready®" ou "Fipronil Ready®", il n’y a qu'un pas ! Vers où courrons-nous ?… ».

Conclusion
Dans le présent texte, déjà trop long, nous n’avons pas vraiment résumé le contenu d’un article de 18 pages d’une revue scientifique et encore bien moins les contenus des quelque 50 (et probablement plus) articles scientifiques qui sont parus ou qui vont paraître. Nous n’avons pas non plus abordé toutes les découvertes sur l’abeille et son comportement permises par la connaissance du génome. Nous n’avons pas abordé non plus tous les sujets traités dans ces articles, comme les gènes agissant sur le vieillissement, la membrane péritrophique (dans l’intestin de l’abeille) ou la cuticule, la production de gelée royale et ses effets sur le développement en reine ou en ouvrière.

Nous pouvons entrevoir les avancées des connaissances sur cet insecte qui nous intéresse tant et nous fascine, l’abeille, et les ouvertures que cela entraînera dans les connaissances sur l’Homme, car l’abeille reste un modèle pour les études sur le génome humain. Nous en espérons des retombées pratiques pour la sauvegarde de l’abeille. Cependant quelles craintes pouvons-nous avoir ? Jusqu’où pourra-t-on aller sans aller trop loin ?

Il est certain au vu des différents articles que les chercheurs attendent beaucoup du génome de l’abeille ; pour des études théoriques, l’abeille servant de modèle ; pour des comparaisons avec l’homme, son génome, son comportement, son évolution. Comment par exemple la vie sociale influe sur l’évolution du génome et inversement comment le génome induit des comportements « sociaux » ? Peut-être trouvera-t-on des informations sur la santé, les maladies à partir des résultats obtenus sur l’abeille : nouveaux antibiotiques, maladies infectieuses, gérontologie…

Je ne sais pas si tout cela aura des applications pratiques en apiculture mais le nombre de chercheurs dans des domaines très spécialisés s’intéressant à l’abeille est un résultat très positif.

Par Yves Layec