Une étude révèle comment les pollinisateurs échappent aux toxines des plantes

De nouvelles recherches mettent en lumière la capacité remarquable des pollinisateurs tels que les abeilles à détoxifier les produits chimiques de défense produits par les plantes.

Des scientifiques de l’Université d’Exeter et de Bayer AG ont découvert que ces insectes, qui appartiennent à l’ordre des Hyménoptères, possèdent un ensemble unique d’enzymes leur permettant de décomposer les toxines alcaloïdes nocives présentes dans le nectar et le pollen des plantes. Ce trait essentiel a été préservé au cours de près de 300 millions d’années d’évolution et est partagé par diverses espèces de cet ordre, notamment les abeilles, les guêpes, les fourmis et les tenthrèdes.

Les alcaloïdes sont des composés chimiques que de nombreuses plantes produisent comme mécanisme de défense contre les herbivores. Cependant, ces toxines peuvent également être trouvées dans le nectar et le pollen dont dépendent les pollinisateurs pour se nourrir.

Pour mieux comprendre comment ces insectes peuvent tolérer de telles substances, les chercheurs ont examiné les gènes de plusieurs espèces d’hyménoptères. Ils ont découvert que toutes les espèces testées produisent le même groupe d’enzymes, connu sous le nom de famille CYP336 d’enzymes du cytochrome P450, qui les aide à lutter contre les toxines alcaloïdes.

Le Dr Angie Hayward, du campus Penryn d’Exeter en Cornouailles, a expliqué l’importance de cette découverte : « Ces espèces diffèrent grandement, mais une chose qu’elles partagent est cette capacité à détoxifier les alcaloïdes. Nous avons été fascinés de découvrir que cette famille de gènes a été préservée tout au long de près de 300 millions d’années d’évolution par tout un ordre d’insectes aux modes de vie très divers.

Il est intéressant de noter que la recherche a également révélé que même les espèces ayant un contact minimal avec certains alcaloïdes clés, tels que la nicotine, ont conservé la capacité de les métaboliser. Le Dr Hayward a comparé cela au coccyx ou à l’appendice humain, qui sont des vestiges de notre passé évolutif.

Pour étudier plus en détail les capacités de l’enzyme, les chercheurs ont extrait les enzymes produites par les espèces d’hyménoptères et les ont placées dans une lignée cellulaire pour observer leur réaction avec les alcaloïdes. Les résultats ont confirmé que ces enzymes détoxifient effectivement les toxines.

Le Dr Bartek Troczka, également de l’Université d’Exeter, a souligné l’importance de comprendre comment les insectes réagissent à des toxines spécifiques : « Comprendre comment les insectes réagissent à des toxines spécifiques est vital – cela devrait nous éclairer sur la manière dont nous produisons de nouveaux produits chimiques tels que les pesticides et les insecticides. Pour éviter les dommages environnementaux, nous avons besoin de composés très spécifiques qui font des choses très spécifiques.

Cette étude contribue à une tentative plus large visant à comprendre comment les produits chimiques sont décomposés par les insectes et dans quelle mesure les gènes responsables de ce processus persistent entre les groupes d’insectes.

Le Dr Julian Haas, toxicologue des insectes chez Bayer AG, a salué la nature multidisciplinaire de la recherche, déclarant qu’elle « met en évidence la promesse d’un travail d’équipe multidisciplinaire pour mieux comprendre les bases moléculaires et évolutives des mécanismes de détoxification chez les insectes, ce qui, à terme, facilitera la compréhension ». de leur interaction avec d’autres toxines, y compris les insecticides.

L’étude a reçu un financement du Conseil de recherche en biotechnologie et en sciences biologiques (BBSRC) et de Bayer AG.

Types de toxines végétales

Les plantes ont développé différents types de toxines comme mécanismes de défense contre les herbivores et les agents pathogènes. Certains des types de toxines végétales les plus courants comprennent :

1. Alcaloïdes : Ce sont des composés contenant de l’azote présents dans diverses plantes, comme la morelle, le pavot et le tabac. Des exemples d’alcaloïdes comprennent la nicotine, la caféine, la morphine et l’atropine. Les alcaloïdes ont souvent des effets pharmacologiques sur les humains et les animaux, qui peuvent être toxiques à des concentrations élevées.
2. Glycosides : Ce sont des composés constitués d’une molécule de sucre liée à un autre groupe fonctionnel, souvent doté de propriétés toxiques. Des exemples de glycosides toxiques comprennent les glycosides cyanogéniques, qui libèrent du cyanure d’hydrogène toxique lorsqu’ils sont décomposés, et les glycosides cardiaques, qui peuvent avoir des effets toxiques sur le cœur.
3. Terpénoïdes : Il s’agit d’un groupe vaste et diversifié de composés dérivés d’unités isoprène. Certains terpénoïdes, comme les pyréthrines présentes dans les fleurs de chrysanthème, ont des propriétés insecticides, tandis que d’autres, comme le limonène, présent dans les agrumes, ont des qualités répulsives contre les insectes.
4. Phénoliques : ces composés sont dérivés du phénol et comprennent un large éventail de structures chimiques, telles que les flavonoïdes, les tanins et la lignine. Les composés phénoliques peuvent avoir divers effets toxiques sur les herbivores, notamment une digestion et une absorption réduites, une activité enzymatique inhibée et un stress oxydatif.
5. Inhibiteurs de protéase : ce sont des protéines qui interfèrent avec les enzymes digestives des herbivores, ce qui rend difficile la digestion efficace des matières végétales. Les inhibiteurs de protéase peuvent entraîner une réduction des taux de croissance et de l’absorption des nutriments chez les herbivores.
6. Lectines : ce sont des protéines liant les glucides qui peuvent perturber le métabolisme et les processus digestifs des herbivores en se liant à leur muqueuse intestinale, provoquant une malabsorption des nutriments et des dommages potentiels aux cellules.
7. Oxalates : Ce sont des composés qui peuvent former des cristaux insolubles dans le système digestif des herbivores, entraînant une irritation et des dommages potentiels aux tissus.

Il est essentiel de noter que la toxicité de ces composés peut varier considérablement en fonction de la concentration, de l’espèce végétale et de l’animal ou de l’organisme qui consomme la plante. Beaucoup de ces composés ont également des propriétés bénéfiques à des concentrations plus faibles ou dans des contextes spécifiques, tels que des applications médicinales ou antioxydantes.

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