Qu’est-ce qui est venu en premier, le venin d’abeille ou les dards d’abeille ?

Les venins, remarquables par leur complexité et leur puissance, ont évolué indépendamment dans de nombreux groupes d’animaux, dont les abeilles. Au sein de l’ordre diversifié des insectes Hyménoptères, qui comprend à lui seul plus de 6 000 espèces d’abeilles, les espèces venimeuses sont particulièrement abondantes.

Malgré leur importance écologique et économique, le développement évolutif des venins d’hyménoptères est resté largement inexploré. Une étude récente dirigée par le Dr Björn von Reumont, chercheur invité à l’Université Goethe de Francfort, a fait des progrès significatifs dans la compréhension de ce mystérieux chemin évolutif.

Étudier l’évolution du venin d’abeille

La recherche, fondée sur la génomique comparative, marque la première exploration systématique de l’évolution des venins d’abeilles et d’autres hyménoptères.

L’équipe a identifié les peptides et les protéines répandus dans le venin des hyménoptères à l’aide de bases de données protéiques. Ils ont ensuite analysé 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).

Douze familles de peptides et de protéines se sont révélées communes aux venins d’hyménoptères étudiés, ce qui suggère qu’il s’agit d’un « ingrédient commun » fondamental de leurs cocktails de venins.

Des découvertes génétiques surprenantes

En collaboration avec des institutions comme l’Institut Leibniz, TUM et LOEWE TBG, les chercheurs ont examiné les gènes de ces 12 familles chez 32 taxons d’hyménoptères.

Ce groupe comprenait des abeilles sudoripares et des abeilles sans dard, ainsi que des guêpes et des fourmis comme la célèbre fourmi de feu (Solenopsis invicta). Les différences génétiques étaient parfois aussi infimes qu’un changement d’une seule lettre dans le code génétique. Néanmoins, cela a permis à l’équipe de retracer les relations et de compiler une lignée de gènes de venin en utilisant l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique.

Une révélation clé a été la présence de nombreux gènes de venin chez tous les hyménoptères, indiquant une origine ancestrale commune. Il semble que les abeilles soient venimeuses depuis leurs débuts.

Cette découverte remet en question les débats actuels dans d’autres groupes, tels que Toxicofera, sur l’évolution indépendante des venins. « 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. »

Spécialisation Hyménoptères

Dans l’ordre des Hyménoptères, ce sont spécifiquement les insectes piqueurs comme les abeilles, les guêpes et les fourmis qui sont équipés d’un dard pour délivrer leur venin. En revanche, les anciennes tenthrèdes parasites, comme la guêpe des bois Sirex (Sirex noctilio), emploient une méthode différente. Ils utilisent leur ovipositeur, en conjonction avec la ponte, pour introduire des substances qui modifient la physiologie de leurs plantes hôtes.

Un exemple notable est la guêpe des bois Sirex, qui non seulement injecte un champignon aidant ses larves à coloniser le bois, mais délivre également son mélange unique de protéines venimeuses, comme le souligne l’étude.

Ces protéines sont cruciales pour préparer l’environnement végétal propice à la croissance des larves. Le Dr von Reumont souligne : « Sur cette base, nous pouvons également classer la guêpe des bois Sirex comme venimeuse. »

Nouveaux composants du venin chez les abeilles

La découverte du peptide mélittine chez les abeilles a été particulièrement intrigante. Contrairement aux croyances antérieures selon lesquelles plusieurs copies de gènes étaient responsables de sa diversité et de son abondance dans le venin d’abeille, l’étude a révélé qu’il est codé par un seul gène.

Cette découverte réfute l’hypothèse selon laquelle la mélittine appartiendrait au groupe postulé des aculéatoxines, soulignant l’importance des données génomiques dans la compréhension de l’évolution du venin.

De plus, l’étude a identifié l’anthophiline-1 comme une nouvelle famille de protéines dans le venin d’abeille, enrichissant ainsi notre compréhension de la composition et de l’évolution du venin.

Le Dr von Reumont explique : « Non seulement il existe de nombreuses variantes différentes de mélittine, mais le peptide représente également jusqu’à 60 % du poids sec du venin d’abeille. C’est pourquoi la science supposait auparavant qu’il devait exister de nombreuses copies de gènes. Nous avons pu réfuter cela très clairement.

Recherche sur l’évolution future du venin

Cette importante étude du Dr von Reumont et de son équipe offre des informations sans précédent sur l’origine et l’évolution des gènes du venin chez les hyménoptères. Il ouvre la voie à de futures recherches visant à retracer l’évolution des gènes du venin chez les ancêtres des hyménoptères et à comprendre les spécialisations au sein du groupe.

Cependant, la génomique comparative à grande échelle nécessitera l’automatisation des méthodes d’analyse pour les grandes familles de protéines impliquées.

Cette recherche éclaire les voies évolutives des venins, tout en ouvrant de nouvelles voies pour comprendre les relations complexes entre la génétique et l’écologie dans l’un des ordres d’insectes les plus diversifiés et les plus importants sur le plan écologique.

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