La Santé de l'Abeille

Retour à la page d'accueil

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 :

	La membrane cellulaire ou plasmique : elle contient tous les éléments de la cellule enveloppés dans une sorte de gelée appelée cytoplasme.
	Le noyau : le noyau de la cellule est une petite poche souple qui contient le matériel génétique porteur de l’hérédité : l’ADN. Il est entouré d’une double membrane qui assure les échanges entre le noyau et le cytoplasme. Il est le centre de contrôle de la cellule et contient toutes les informations nécessaires à son fonctionnement. Certaines cellules, comme les bactéries, n’ont pas de noyau.

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. 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.

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.

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.
Suite dans le prochain numéro.

par Yves Layec

Avec l'aimable autorisation de la revue

Santé de l'Abeille Quartier Chapitre F-04500 Riez - FRANCE Téléphone : +33 (0)4.92.77.75.72 Fax : +33 (0)4.92.77.81.00 Email : sante-de-labeille@wanadoo.fr Web :  www.sante-de-labeille.com

Abonnez-vous dès maintenant !

Réalisation : Gilles RATIA Mise à jour : 03/04/02 APISERVICES - Copyright © 1995-2007

Haut de la page