Certaines abeilles produisent des copies d’elles-mêmes génétiquement parfaites

certaines abeilles produisent copies parfaites
| BSimons/Flickr

La capacité de se cloner comporte plusieurs avantages : nul besoin de rechercher un partenaire et pas de dilution du génome dans la descendance. Il n’est donc pas étonnant que certaines espèces d’insectes sociaux aient adopté la parthénogenèse thélytoque (forme de parthénogenèse aboutissant à une descendance uniquement composée de femelles). Toutefois, cette méthode entraîne une perte de l’hétérozygotie lors de la recombinaison génétique ; une conséquence qui peut être désastreuse chez les insectes haplodiploïdes. Des chercheurs ont découvert que les ouvrières d’une sous-espèce d’abeilles particulière, Apis mellifera capensis, parvenaient à se cloner tout en évitant le processus de recombinaison, créant ainsi des clones génétiquement identiques et sains. 

Les ouvrières d’une sous-espèce sud-africaine d’abeilles peuvent se cloner, un individu l’ayant fait des millions de fois au cours des 30 dernières années. Certains clones peuvent même devenir des reines qui peuvent prendre le contrôle de la ruche. La reproduction asexuée — la parthénogenèse — n’est pas rare dans le monde des insectes, mais avoir une progéniture génétiquement identique au parent l’est. C’est parce que, pendant le processus de reproduction, le matériel génétique se mélange dans un processus appelé recombinaison.

En conséquence, même s’il n’y a qu’un seul parent, sa progéniture se retrouve avec une constitution génétique légèrement différente. Cependant, les ouvrières de l’abeille du Cap (Apis mellifera capensis), originaire du sud de l’Afrique du Sud, ont développé la capacité inhabituelle de se cloner tout en évitant efficacement la recombinaison pendant la reproduction, explique Benjamin Oldroyd de l’Université de Sydney.

Une stratégie comportant des avantages, mais aussi des risques pour la colonie

Cela comporte des avantages importants. Normalement, la reproduction asexuée peut être mortelle chez les abeilles, car environ un tiers des gènes deviennent consanguins et les larves ne survivent pas. Mais parce que les abeilles ouvrières du Cap se clonent parfaitement, chaque clone reste aussi génétiquement sain que sa mère. Une lignée de clones a été reclonée depuis 1990, avec le même individu copié des centaines de millions de fois, explique Oldroyd.

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recombinaison parthenogenese thelytoque
Schéma expliquant le processus de recombinaison dans la parthénogenèse thélytoque. Un tel processus fait perdre un certain taux d’hétérozygotie ; une conséquence pouvant être problématique. © Peng Zhou et al. 2021

Les clones peuvent cependant s’avérer problématiques pour la santé de la colonie. De manière générale, la reine des abeilles est le seul individu à se reproduire, tandis que les autres abeilles accomplissent leurs propres tâches pour maintenir la colonie en bonne santé. Si les ouvrières commencent à se cloner — ce qui peut arriver si la ruche est perturbée d’une manière ou d’une autre —, cet équilibre délicat est rompu. Dans certains cas, l’un des clones peut même devenir la reine d’une ruche dysfonctionnelle.

« En fin de compte, les ouvrières traînent en quelque sorte en train de pondre des œufs sans faire aucun travail. La colonie meurt et les ouvrières se propagent à la colonie suivante. Même après que ces ouvrières aient envahi une nouvelle colonie, elles continuent à pondre, perturbant et potentiellement prenant le contrôle de cette colonie également. Elles tuent environ 10 % des colonies sud-africaines chaque année. C’est comme un cancer social transmissible », explique Oldroyd.

Une mutation génétique empêchant la recombinaison

Curieux de savoir comment les clones d’ouvrières maintiennent une intégrité génétique aussi forte sans consanguinité, Oldroyd et ses collègues ont comparé les génomes des abeilles ouvrières du Cap, des reines vierges du Cap et de leur progéniture. Les reines du cap se reproduisent généralement par voie sexuée, alors pour les forcer à se reproduire de manière asexuée, les scientifiques les ont équipées d’une bande de ruban chirurgical collé avec du vernis à ongles pour éviter qu’elles ne s’accouplent. Mais comme elles pouvaient toujours interagir avec les mâles pendant les vols d’accouplement, elles ont pondu des œufs.

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Les chercheurs ont génotypé une reine et 25 de ses larves, ainsi que quatre ouvrières et 63 de leurs larves. Ils ont découvert que la progéniture produite de manière asexuée de la reine présentait des niveaux de recombinaison génétique 100 fois supérieurs à ceux observés chez la progéniture clonée des abeilles ouvrières. En fait, la progéniture des abeilles ouvrières était essentiellement des copies parfaites de leurs mères. Les résultats suggèrent que les abeilles ouvrières du Cap ont développé une mutation qui empêche efficacement la recombinaison génétique pendant la reproduction.

Une méthode cohérente avec la théorie de l’évolution

Les résultats sont « surprenants », déclare Kip Lacy de l’Université Rockefeller de New York, qui a étudié un comportement de clonage similaire chez la fourmi de feu tropicale (Solenopsis geminata). Chez S. geminata, la reine peut choisir de se cloner un peu comme le font les abeilles ouvrières du Cap, explique Lacy, mais les ouvrières ne le peuvent pas. Mais même chez les reines des fourmis, il y a une recombinaison génétique qui finit par entraîner des problèmes de santé comme la stérilité.

Pour les abeilles du Cap, le clonage s’inscrit parfaitement dans la théorie de l’évolution, explique Laurent Keller de l’Université de Lausanne en Suisse. « L’évolution consiste simplement à sélectionner ce qui fonctionne bien à un moment donné. Et ces clones d’abeilles mellifères se portent plutôt bien tels qu’ils sont ».

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Sources : Proceedings of the Royal Society B

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