Le gène Csd, dont il pourrait exister plus de 100 variantes, joue un rôle clé dans la détermination du sexe des abeilles. Ces gènes sont réunis lors de la reproduction sexuée : lorsque le génome contient ensuite deux variantes différentes du gène Csd, une abeille femelle se développe, qui est ensuite élevée (à gauche). Lorsque la fécondation réunit deux variantes identiques, une abeille mâle se développerait, mais elle n’est pas élevée par les abeilles ouvrières. Les abeilles mâles – les faux-bourdons – sont plutôt générées par reproduction asexuée. Crédit : HHU/Paul Schwaderer/stock.adobe.com – Alekss, Tran-Photography
À ce jour, on ne sait pas exactement comment est déterminé le sexe d’une abeille. Une équipe de recherche de l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), composée de biologistes et de chimistes, a identifié un gène clé et le mécanisme moléculaire qui y est associé. Dans le numéro actuel de la revue scientifique Avancées scientifiquesils décrivent en quoi ce processus s’apparente à un jeu impliquant deux dés.
Le sexe d’un être vivant a des conséquences importantes sur sa forme, sa fonction et son comportement. Le sexe biologique d’un organisme est généralement déterminé au début de sa vie. Chez l’homme, par exemple, la présence du « chromosome Y » déterminant le sexe décide si un homme naîtra.
Le prêtre silésien Johann Dzierzon a déjà étudié les mécanismes de détermination du sexe des abeilles (Apis mellifera) en 1845. Il découvrit entre autres la reproduction asexuée des abeilles mâles – les « bourdons ».
Détermination du sexe chez les abeilles
Contrairement aux humains, les abeilles ne possèdent pas qu’un seul chromosome déterminant le sexe. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Martin Beye de l’Institut de génétique évolutive du HHU a établi que le sexe est déterminé par un seul gène, appelé « Csd » (Complementary sex déterminant) via un mécanisme spécial.
Ce gène peut avoir plus de 100 variations, appelées allèles. Dans d’autres cas, par exemple dans les fleurs, les différents allèles d’un gène peuvent déterminer la couleur des pétales.
Dans le cas de la fécondation sexuelle, les ensembles de chromosomes simples de l’ovule et des spermatozoïdes se réunissent pour créer un ensemble de chromosomes doubles – diploïdes. En conséquence, deux variantes du gène Csd sont désormais présentes chez chaque abeille sexuellement fécondée.
La prochaine découverte des chercheurs apicoles de Düsseldorf : là où les deux allèles du gène Csd sont différents, une abeille femelle se développe. En revanche, si les allèles du gène sont les mêmes sur les deux chromosomes, une abeille mâle se développe. Cependant, comme les abeilles veulent empêcher cela pour éviter la consanguinité, les ouvrières n’élèvent pas ces œufs.
Mécanisme moléculaire de détermination du sexe
La question restait de savoir comment cette détermination du sexe se produit au niveau moléculaire. Auteur principal, le Dr Marianne Otte : « Il est nécessaire de savoir ici que chaque allèle différent du gène Csd produit une variante différente de la protéine Csd associée, qui diffèrent toutes légèrement. Nous avons pu démontrer que seules différentes protéines Csd peuvent se lier les unes aux autres et ainsi activer un interrupteur moléculaire qui détermine « l’abeille femelle ». En revanche, si les protéines sont identiques, elles se lient différemment et le commutateur n’est pas activé. Dans ce cas, une abeille mâle se développerait, mais elle n’est pas élevée. »
Professeur Beye, dernier auteur de l’étude en Avancées scientifiques : « Cela ressemble à un jeu moléculaire impliquant deux dés : cependant, dans ce cas, le lancer qui produit un double n’est pas gagnant. Au lieu de cela, le lancer doit produire deux nombres différents pour permettre à une nouvelle abeille – une femelle – d’être élevée.
En revanche, les faux-bourdons se développent à partir d’œufs non fécondés. En conséquence, ces abeilles mâles ne possèdent qu’un simple chromosome contenant des protéines Csd identiques. La reine des abeilles décide de ne pas ajouter de sperme à l’œuf pendant le processus de ponte.
Conclusion et orientations futures
Dr Otte : « Nous avons pu résoudre un mystère génétique qui existe depuis plus de 100 ans en remontant à la fonction de commutation de la protéine Csd. » Le professeur Beye commente d’autres questions de recherche : « Le mécanisme utilisé par les abeilles ouvrières pour déterminer si l’œuf fécondé contient deux protéines Csd différentes et est ainsi transformé en « femelle » est encore inconnu. Comme il fait sombre à l’intérieur de la ruche, il doit y avoir un indice olfactif.
Les résultats seront utilisés pour faire progresser les mesures de sélection d’abeilles.
