De l'avis des chercheurs, l'abeille est l'insecte dont le patrimoine génétique se révèle le plus proche de celui de l'être humain. 700 gènes communs aux abeilles, nématodes et mammifères sont ainsi absents chez la mouche et le moustique. Parmi eux, ceux de l'horloge biologique qui apparaissent très similaires à ceux de l'espèce humaine. Lorsque l'on sait que des dysfonctionnements des rythmes circadiens sont impliqués dans des affections aussi diverses que l'alcoolisme, l'obésité ou encore certaines maladies mentales, on saisit à quel point mieux connaître l'abeille, c'est également mieux connaître l'homme.
Cinq années et une assemblée vibrionnante de 170 généticiens du monde entier auront été nécessaires pour séquencer les 236 millions de paires de bases du génome de cet insecte social, premier de son genre à passer à la moulinette génétique. Décrypter la fonction des 10 500 gènes qui le composent devrait également permettre aux chercheurs de comprendre comment les sociétés animales, et par conséquent humaines, s'organisent. Car c'est probablement là le plus grand mystère de l'abeille.
Déjà, du strict point de vue de la génétique fondamentale, cet insecte se révèle totalement fascinant. Michel Solignac, du laboratoire Evolution, génomes et spéciation (CNRS, Gif-sur-Yvette), a contribué à cette aventure en fournissant au consortium international chargé du séquençage de l'abeille les marqueurs spécifiques de son génome, c'est-à-dire les jalons indispensables pour en retracer la cartographie précise. Sans ce «travail de fourmi» - selon ses propres termes... -, mettre de l'ordre dans les séquences n'aurait pas été possible.
Premier enseignement: le petit nombre de gènes qui définissent l'abeille. «C'est ce qui m'a le plus surpris. A peine plus de 10 000, alors que la mouche en compte 13 000 et le ver plat 18 000. Comme si cela allait en sens inverse de l'évolution. C'est la preuve qu'avec un petit nombre de gènes, on peut faire beaucoup.»
Deuxième enseignement: «Le taux de recombinaison entre chromosomes, c'est-à- dire de transfert d'information génétique, est étonnamment élevé, identique à celui de l'espèce humaine, alors que son génome est quinze fois plus petit. Celui-ci semble ainsi être en brassage perpétuel ce qui entraîne une variabilité gigantesque pour la descendance. De plus, tous les chromosomes se recombinent en même temps et de manière homogène sur toute leur longueur, ce qui est totalement inhabituel et n'avait jamais été vu avant.» Faut-il voir un lien entre le taux de recombinaison élevé et le faible nombre de gènes? L'un pourrait-il compenser l'autre? Pas pour le généticien: «Pour moi ce sont deux énigmes qui n'ont pas grand-chose à se dire.»
Quoi qu'il en soit, la mise au jour du génome d'Apis mellifera a, d'ores et déjà, donné matière à une kyrielle de publications sur les différentes facettes de l'insecte. Permettant de comprendre un peu mieux sa physiologie, d'appréhender la manière dont s'organise sa vie sociale, mais également d'éclaircir les rapports hiérarchiques complexes qui régissent entre eux les différents membres de la ruche. Quels rôles jouent les phéromones dans cette organisation? Par quel miracle la gelée royale produite par les ouvrières peut-elle transformer une larve en reine et multiplier du même coup sa longévité par 50? Enfin, comment faire face aux multiples menaces qui pèsent sur les pollinisateurs à travers le monde?
Petit survol des principales énigmes de l'abeille.
1 Vie sociale : comprendre «l'effet foule»
Qu'est-ce qui distingue un insecte solitaire d'un insecte social? Pour le savoir, il faut s'intéresser aux molécules qui agissent sur le comportement de l'animal. L'octopamine, par exemple, est l'un des neurotransmetteurs circulant dans le minuscule cerveau de l'abeille. C'est lui qui régule en partie l'énigmatique danse exécutée par l'insecte pour signaler la localisation et la richesse d'une source de nourriture. Comme l'a découvert le coordinateur en chef du consortium international du séquençage de l'abeille, Gène Robinson (université de l'Illinois, Etats-Unis), «l'octopamine ne fait qu'augmenter la probabilité qu'une abeille retourne à la ruche et se mette à danser. La molécule accroît sa perception de la valeur de sa trouvaille». Pour lui, l'octopamine a des fonctions similaires chez les insectes solitaires et chez les abeilles isolées. Ce mécanisme associé à un comportement solitaire aurait donc été coopté pour s'adapter à un comportement collectif. «On dit que les insectes sociaux travaillent comme de petits robots, qu'un insecte social dans un groupe est stupide: il ignore ce qu'il y a autour de lui pour se concentrer sur deux, trois règles primordiales pour la construction d'un édifice complexe comme une ruche ou une termitière, explique Martin Giurfa, directeur du Centre de recherches pour la cognition animale (CNRS, université Paul-Sabatier, Strasbourg). Mais, c'est un peu l'équivalent de ce que Von appellerait chez l'humain, «l'effet foule».» Comment expliquer qu'une même abeille, capable de mémoriser quand elle butine seule, devienne un automate une fois dans la ruche? «L'hypothèse, continue le chercheur, c'est que quand elle est toute seule, certains neurotransmetteurs vont être privilégiés tandis qu'en groupe ce seront d'autres qui seront sollicités.» Et d'ajouter qu'il est dommage que, chez l'homme, «l'effet foule» sur la libération de neurotransmetteurs n'ait jamais été testé. Cela pourrait être l'occasion de s'apercevoir que les différences entre un insecte et un humain, lorsqu'ils sont entraînés dans une dynamique sociale, sont plus ténues qu'on ne le croit.
2 Phéromones : décrypter leur force modificatrice
Dans les rapports de hiérarchie existant au sein de la ruche, le plus dominateur n'est pas forcément celui qu'on croit. Ainsi, les larves produisent une phéromone, dite de couvain, qui a un effet profond sur les nourrices qui s'occupent d'elles. Découvert par l'équipe d'Yves Le Conte, de l'Inra d'Avignon, ce bouquet de molécules appartient à une famille de phéromones dites modificatrices: cette substance stimule la glande nourricière des abeilles.
«C'est la loi de la jungle dans la ruche, raconte le chercheur. Les larves n'ont pas intérêt à ce qu'il y ait trop de butineuses car il manquerait alors de nourrices pour s'en occuper. Elles manipulent donc les adultes à leur profit. La raison en est que les insectes sociaux ont évolué vers une complète dépendance des immatures envers les adultes. Or, si l'immature n'arrive pas à se faire entendre, la colonie se retrouve vite menacée de disparition.» D'où le développement de phéromones qui n'agissent pas seulement sur le comportement mais bouleversent profondément la physiologie des individus. «Jusqu'à présent, cinq phéromones modificatrices ont été identifiées dans le règne animal, recense Yves Le Conte. Une chez le poisson rouge, une chez le bouc et trois chez les abeilles, dont deux par notre équipe. On a tendance à voir les phéromones du strict point de vue sexuel dans une aide à l'accouplement. Ce sont les phéromones dites incitatrices. Or, avec les phéromones modificatrices, nous sommes dans un système beaucoup plus puissant et complexe.» La reine de la ruche produit également sa propre phéromone modificatrice qui agit sur ses ouvrières, inhibant le développement de leurs ovaires et leur taux d'hormones juvéniles afin d'être la seule en charge de la descendance de la colonie. Même chose pour les abeilles les plus âgées, les butineuses, qui émettent une phéromone à destination des plus jeunes pour retarder l'âge du butinage. La répartition des tâches dans cette société très plastique est à ce prix: chaque caste manipule et modifie l'autre en émettant ses propres fragrances.
Le but d'Yves Le Conte est précisément d'identifier les gènes de ces phéromones et le séquençage du génome de l'insecte lui est d'une aide précieuse. L'enjeu pour l'apiculture est essentiel car connaître l'essentiel de l'odorothèque de l'abeille permettra à l'homme de prendre à son tour le contrôle des insectes et d'optimiser la production apicole.
3 Immunité : expliquer le service minimum
L'un des enseignements les plus surprenants du séquençage du génome de l'abeille a été le petit nombre de gènes qui gouvernent son système immunitaire. «Quand on pense, calcule Ryszard Maleszka, de l'Université nationale d'Australie (Canberra), qu'une ruche peut compter 60 000 individus et que la densité de population équivaut à celle d'une quinzaine d'humains adultes vivant dans un petit studio, cela pose question, car c'est un lieu propice à la prolifération de pathogènes de toutes sortes. On s'attendait donc à ce que les espèces d'insectes sociaux consacrent beaucoup de gènes à leurs défenses immunitaires. Or, on s'aperçoit que ce n'est pas le cas. Les abeilles doivent donc avoir trouvé un autre moyen de résoudre ce problème.»
Peut-être, avance le chercheur, l'insecte s'en remet-il à des facteurs autres qu'immuns: la surface de sa cuticule semble ainsi être recouverte de composés ayant une action antimicrobienne. Pour Gène Robinson, c'est plutôt le comportement social qui jouerait un rôle prophylactique. Les abeilles malades quittent habituellement la colonie pour mourir seules, et les travailleuses d'intérieur chargées de l'entretien des couvains ont, entre autres fonctions, celle de se débarrasser des larves infectées.
Autre explication plus simple, avancée par Michel Solignac: «Même si ce résultat semble contre-intuitif il faut voir qu'après tout, l'environnement d'une abeille est beaucoup plus propre et sain que, par exemple, celui d'une mouche et qu'elle pourrait avoir moins besoin d'un système immunitaire performant.»
4 Mortalité : vaincre l'hécatombe
Alerte dans la ruche ! Les pollinisateurs sont en déclin sur une bonne partie de la planète. Ainsi, aux Etats-Unis, depuis la fin 2006, un mal mystérieux, le colony collapse disorder (CCD ou syndrome d'effondrement des colonies) a déjà causé la disparition de la moitié des ruches de certaines exploitations apicoles. Le scénario est à chaque fois identique: les abeilles quittent la ruche et n'y reviennent pas. Les causes de ces diasporas de masse restent une énigme. En France, pas de CCD, mais la situation est tout aussi préoccupante. «Les 1000 espèces d'abeilles sauvages de France sont menacées», s'alarme Bernard Vaissière (Inra d'Avignon). Et les apiculteurs sont confrontés depuis plusieurs années à des mortalités anormales d'abeilles domestiques. Plusieurs causes ont été avancées, les plus médiatisées ayant été deux insecticides: le Régent (dont la molécule active est le fîpronil) et le Gaucho (molécule active, l'imidaclopride).
Effectivement, comme le souligne Jean-Noël Tasei (Inra, Lusignan), «les études scientifiques montrent que ces deux molécules sont des produits très puissants comme il n'y en avait jamais eu auparavant et que, même à basse concentration, elles perturbent fortement les abeilles. Mais tous les maux de l'insecte sont loin d'être dus à ces seuls insecticides». Parmi les autres coupables, on cite souvent le varroa, un parasite de la variété asiatique d'abeille Apis cerana. Si cette dernière s'en accommode plutôt bien, ce n'est pas le cas d'Apis mellifera qui a commencé à être infectée par cet acarien dans les années 1950, et dans l'Hexagone en 1982.
L'abeille domestique souffre également d'un cortège de virus divers et variés, et d'autres microbes, comme le Nosema, une microsporidie, dont une nouvelle espèce potentiellement très dangereuse vient d'être identifiée.
Sans oublier, enfin, que la France est, avec environ 100 000 tonnes annuelles, championne d'Europe en matière d'épandage de pesticides, «responsable de la destruction de centaines de ruches par an, s'indigne Yves Leconte. Et nous ne savons absolument rien des interactions entre les différentes familles de pesticides».
Lorsque l'abeille domestique trinque, «les abeilles sauvages trinquent encore plus, ajoute Bernard Vaissière, car la plupart sont des animaux solitaires, et les ouvrières ne sont pas là pour «faire tampon» quand elles sont confrontées à un produit toxique». Le péril concerne alors bien plus que les seuls insectes: 80 % des espèces végétales dans le monde dépendent pour leur fécondation des insectes, et principalement des abeilles sauvages. Or la destruction et la fragmentation des habitats nuisent atrocement aux abeilles sauvages qui n'ont pas de ruche pour s'abriter mais seulement le sol. . . quand il n'est pas labouré!
Dans ce contexte, connaître le génome de l'abeille devient un véritable atout. «En effet, certaines colonies sont, par exemple, résistantes au varroa. J'en ai sélectionné certaines, continue Yves Leconte. Elles font certes un peu moins de miel, mais résistent au parasite depuis dix ans. Grâce à la technologie des puces à ADN, il nous sera possible de connaître le profil d'expression génique d'une abeille résistante au varroa. Ensuite, il nous suffira d'aller voir les apiculteurs pour leur permettre d'identifier les insectes les plus aptes à survivre.»
5 Gelée royale : percer le secret de sa puissance biologique
«Bien qu'une reine et une ouvrière aient exactement les mêmes gènes, l'expression de ces derniers est totalement différente, aboutissant à deux individus qui semblent n'avoir rien en commun», s'émerveille Michel Solignac. Chez Apis mellifera, la reine n'est en effet pas de sang royal mais de gelée royale! Lorsque les ouvrières décident de sacrer une nouvelle reine, soit que la leur est morte soit qu'elle est devenue trop vieille, elles choisissent plusieurs larves et les nourrissent avec cette substance très nutritive qu'elles régurgitent. Hautement concentrée en protéines, lipides et vitamines, la gelée royale est une véritable potion magique, capable de «transmuter» la larve qui en consommera. Au lieu de vivre quarante jours et d'être stérile, elle deviendra capable de produire 2000 oeufs par jour et de vivre jusqu'à cinq ans. Soit une longévité multipliée par près de cinquante!
90 % des protéines de la gelée royale sont codées dans une famille de gènes nommée MRJP (Major Royal Jelly Protein). Comme le séquençage du génome l'a révélé à Ryszard Maleszka et à son équipe, l'abeille a hérité MRJP d'une bactérie! «Durant les premiers âges de l'évolution de l'insecte, explique le chercheur, un gène bactérien a été «capturé» pour trouver une nouvelle fonction chez l'ancêtre de l'abeille. Nous essayons de comprendre comment la gelée royale peut modifier le programme de développement d'une larve. Les changements opèrent via de subtiles modifications du génome qui n'altèrent pas la séquence de l'ADN et qui sont dites épigénétiques. Les gènes peuvent ainsi être mis «on» ou «off» par ajout ou suppression de groupements chimiques méthyles sur l'ADN. La découverte chez l'abeille d'enzymes capables de méthylation est l'une des révélations les plus fascinantes de ce projet.»
Là encore, l'abeille se distingue de ses congénères insectes pour se rapprocher des vertébrés et de l'humain qui, eux aussi, possèdent ce jeu d'enzymes capables de modifications épigénétiques. Les secrets de la gelée royale pourraient apparaître d'une importance capitale. «C'est une substance biologique très puissante, poursuit Ryszard Maleszka, qui semble stopper les tumeurs cancéreuses chez l'animal et agir comme antidouleur chez des patients atteints de scléroses multiples. Nos travaux pourraient se révéler très utiles pour la santé humaine.»