Le venin a précédé le dard : des études génomiques mettent en lumière les origines du venin d’abeille


Les venins se sont développés indépendamment les uns des autres dans de nombreux groupes d’animaux. Un groupe qui compte de nombreuses espèces venimeuses est celui des Hyménoptères, un ordre d’insectes qui comprend également les aculeates (insectes piqueurs) comme les abeilles, les guêpes et les fourmis. Les hyménoptères sont très riches en espèces, avec à elles seules plus de 6 000 espèces d’abeilles. Et pourtant, malgré la grande importance écologique et économique des hyménoptères, on sait très peu de choses sur le développement évolutif de leurs venins.

Grâce à la génomique comparative, les chercheurs dirigés par le Dr Björn von Reumont, actuellement chercheur invité au sein du groupe de travail sur la bioinformatique appliquée à l’Institut de biologie cellulaire et de neurosciences de l’Université Goethe de Francfort, ont examiné systématiquement et pour la première fois comment les composants les plus importants du venin des abeilles et d’autres taxons d’hyménoptères développés au cours de l’évolution. Les toxines sont des mélanges complexes composés de petites protéines (peptides) et de quelques grosses protéines et enzymes. Les insectes piqueurs injectent activement ce cocktail toxique à leurs proies ou à leurs attaquants à l’aide d’un appareil à piquer spécial.

Dans un premier temps, les chercheurs ont identifié quels peptides et protéines présents dans le venin étaient les plus répandus chez les hyménoptères. Pour ce faire, ils se sont appuyés sur des informations provenant de bases de données sur les protéines, même si celles-ci étaient rares. En outre, ils ont analysé les protéines contenues dans les venins de deux espèces d’abeilles sauvages : l’abeille charpentière violette (Xylocopa violacée) et le sillon à grandes bandes (Halictus scabieuse) — ainsi que de l’abeille (Apis mellifera). Ils ont trouvé les mêmes 12 « familles » de peptides et de protéines dans tous les venins d’hyménoptères analysés. Ce sont évidemment un « ingrédient commun » dans ces cocktails de venin.

En collaboration avec des collègues de l’Institut Leibniz pour l’analyse des changements de la biodiversité (LIB), de l’Université technique de Munich (TUM) et du Centre LOEWE pour la génomique translationnelle de la biodiversité (LOEWE TBG), l’équipe de recherche a ensuite recherché les gènes de ces 12 familles de peptides et de protéines dans le génome de 32 taxons d’hyménoptères, dont les abeilles sudoripares et les abeilles sans dard, mais aussi les guêpes et les fourmis comme la célèbre fourmi de feu (Solénopsis invincible). Les différences entre ces gènes, dans certains cas seulement l’échange de lettres uniques du code génétique, ont aidé les scientifiques à déterminer la relation entre les gènes de différentes espèces et plus tard – avec l’aide de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique – à compiler une lignée des gènes du venin.

Le résultat surprenant est que bon nombre des gènes de venin analysés sont présents dans tous les hyménoptères. De toute évidence, l’ancêtre commun des taxons de tous les hyménoptères possédait déjà ces gènes. « Cela rend hautement probable que les hyménoptères soient venimeux dans leur ensemble », conclut von Reumont. « Pour d’autres groupes, tels que Toxicofera, qui comprend les serpents, les anguidés (lézards) et les iguanes, la science se demande encore si les venins peuvent remonter à un ancêtre commun ou s’ils ont évolué séparément. »

Chez les hyménoptères, seuls les insectes piqueurs – abeilles, guêpes et fourmis – possèdent un véritable dard pour administrer le venin. Les anciennes tenthrèdes parasites évolutives, en revanche, utilisent leur ovipositeur avec leurs œufs pour injecter des substances qui modifient la physiologie de leur plante hôte : la guêpe des bois Sirex (Sirex noctilio), par exemple, introduit non seulement dans la plante un champignon qui facilite la colonisation du bois par ses larves, mais aussi son propre cocktail toxique avec les protéines de venin examinées dans l’étude. Le but de ces protéines est de créer dans la plante des conditions propices aux larves. « Cela signifie que la guêpe des bois Sirex peut également être classée comme venimeuse », explique von Reumont.

Les nouveaux composants du venin chez les abeilles sont le gène du peptide mélittine et les gènes des représentants de la famille de protéines nouvellement décrite anthophiline-1. Le fait que la mélittine soit codée par un seul gène a été une surprise pour les chercheurs, comme l’explique von Reumont : « Non seulement il existe de nombreuses variantes différentes de la mélittine, mais le peptide représente également jusqu’à 60 % du poids sec de la mélittine. venin d’abeille. C’est pourquoi la science supposait auparavant qu’il devait y avoir de nombreuses copies de gènes. Nous avons pu réfuter cela assez clairement. Parce qu’ils ont trouvé le gène de la mélittine uniquement chez les abeilles, les chercheurs ont également invalidé l’hypothèse selon laquelle il appartiendrait à un groupe de gènes de venin postulés pour les insectes piqueurs appelés aculeatoxines. Von Reumont en est convaincu : « Cela nous montre une fois de plus que les données génomiques sont le seul moyen de tirer des conclusions significatives sur l’évolution des gènes du venin. »

L’étude de Francfort est la première à montrer, pour un groupe entier d’insectes comptant environ un million d’espèces, d’où proviennent les gènes du venin et comment ils se sont développés. Il fournit un point de départ pour retracer l’évolution des gènes du venin chez les ancêtres des hyménoptères ainsi que les spécialisations au sein du groupe. Cependant, pour pouvoir réaliser une génomique comparative à grande échelle, il faut d’abord automatiser les méthodes d’analyse des familles de protéines, en partie très grandes.

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