Apiculture - Le génome de l'abeille ? C'est quoi ? (suite du n°218)

Abeilles noires, italiennes, africanisées ? Comment savoir ?

Le génome de l’abeille ? C’est quoi ?
(suite du n°218)

par Yves Layec

Avec l'aimable autorisation de la revue "La Santé de l'Abeille"

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.

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.

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.

Santé de l'Abeille

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