Découverte des nouvelles caractéristiques de l’abeille domestique asiatique, Apis cerana, par le séquençage du génome entier

Caractéristiques génomiques de A. cerana

Séquençage et assemblage

Nous avons effectué le séquençage du génome entier de l’abeille domestique asiatique en utilisant sept bourdons dérivés d’une seule colonie. Comme l’abeille domestique a un système d’accouplement haplodiploïde, les mâles (bourdons) sont haploïdes et les femelles (ouvrières et reines) sont diploïdes. Pour minimiser la contamination possible par des génomes étrangers tels que les bactéries et les virus, nous avons éliminé les tissus de l’intestin moyen des bourdons individuels avant le séquençage. Les bibliothèques de séquences génomiques ont été construites à partir d’une combinaison de lectures courtes (500 pb) et de deux bibliothèques d’insertion plus longues (3 et 10 Kb), en utilisant la technologie de séquençage Illumina (couverture de 152 fois) (Tableau 2). L’assemblage se composait de 2 430 échafaudages d’une longueur totale de 228 Mo, qui couvraient 96 % de la taille estimée du génome (238 Mo). Des informations générales sur l’assemblage du génome sont présentées dans le tableau 3. La taille de l’échafaudage N50 était de 1 421 kb (tableau 3), ce qui est beaucoup plus long que la taille de l’échafaudage N50 trouvée dans les assemblages initiaux et récemment améliorés d’A. mellifera (359 kb et 997 kb, Amel_4.0 et Amel_4.5, respectivement ; fichier supplémentaire 1 : tableau S1). Pour évaluer l’exactitude des échafaudages, nous avons comparé le génome d’A. mellifera et d’A. cerana pour identifier la synténie génomique (fichier supplémentaire 1 : Figure S1). Les résultats ont révélé plusieurs échafaudages d’A. cerana et du chromosome 3 d’A. mellifera qui présentaient des relations de synténie sans réarrangement à grande échelle. En outre, nous avons constaté que le génome mitochondrial d’A. mellifera (NCBI GQ162109, ) et un contigu d’A. cerana présentaient une grande similarité de séquence, ~99% (fichier supplémentaire 1 : Figure S2). Ce contig, qui couvre l’ensemble du génome mitochondrial d’A. cerana, est de 15 915 pb et comprend 13 gènes codant pour des protéines (fichier supplémentaire 1 : figure S3). Toutes les informations sur les séquences ont été soumises au NCBI .

Teneur en guanine plus cytosine (GC)

L’assemblage de A. cerana contient 30% de GC (tableau 3), similaire à la teneur moyenne en GC d’A. mellifera (33%). En outre, six espèces de fourmis (Linepithema humile, Camponotus floridanus, Pogonomyrmex barbatus, Solenopsis invicta, Atta cephalotes, et Acromyrmex echinatior) ont des contenus GC similaires allant de 33% à 38% . En revanche, Drosophila melanogaster (42%), Nasonia vitripennis (42%), et Harpegnathos saltator (45%) ont des contenus GC plus élevés que A. cerana. Selon des études comparatives de deux espèces de fourmis, C. floridanus et H. saltator, les organismes présentant des traits sociaux plus complexes peuvent avoir des génomes biaisés par l’AT.

Le biais AT relatif est corrélé à la méthylation de l’ADN, car les ADN méthyltransférases (Dmnts) sont presque entièrement ciblées sur les résidus de cytosine suivis de guanines dans l’orientation 5′ à 3′ (dinucléotides CpG). La méthylcytosine a tendance à muter en thymine (T), ainsi l’accumulation graduelle de mutations qui convertissent les dinucléotides CpG en dinucléotides TpG conduit à des génomes riches en AT . En particulier, les valeurs observées/attendues normalisées des CpG (CpG o/e) ont une relation négative avec les niveaux de méthylation de l’ADN. La méthylation de l’ADN est l’une des principales composantes de la régulation épigénétique et joue un rôle fonctionnel dans la régulation de l’expression génétique chez les vertébrés et les insectes. Contrairement aux génomes des vertébrés, qui sont dépourvus de dinucléotides CpG, la plupart des insectes hyménoptères, dont A. cerana (1,61), A. mellifera (1,65), C. floridanus (1,58), H. saltator (1,49) et N. vitripennis (1,35), présentent des niveaux élevés de CpG o/e dans leurs génomes. Une autre découverte intrigante est que la valeur normalisée de CpG o/e dans les séquences codantes de protéine d’A. cerana a montré la distribution bimodale, semblable à A. mellifera (figure 1, fichier additionnel 1 : figure S4) et le puceron de pois Acyrthosiphon pisum. Il est intéressant de noter que deux classes distinctes de gènes sont documentées comme remplissant des fonctions différentes, les gènes à faible nombre de CPG étant principalement impliqués dans la fonction de maintien de l’ordre et les gènes à fort nombre de CPG étant impliqués dans le développement. En effet, nous avons constaté que les gènes qui sont représentés dans les classes à faible CPG sont classés dans les processus métaboliques et la régulation transcriptionnelle et traductionnelle. En revanche, les gènes à haut CpG représentaient des catégories GO spécifiques aux fonctions biologiques.

Le génome de A. cerana, A. mellifera, et A. pisum codent des compléments complets de protéines de méthylation de l’ADN (Dmnts) , mais, selon une découverte récente, plusieurs insectes possèdent un ensemble complet de Dnmts sans aucun modèle de déplétion frappant des exons codants . Ainsi, cette caractéristique génomique peut ne pas être spécifique à l’espèce, mais les mécanismes de régulation épigénétique peuvent être conservés dans les deux espèces d’abeilles mellifères.

Éléments répétitifs

L’assemblage d’A. cerana comprenait 6,48% (14,79 Mb) d’éléments répétitifs, composés de 3,58% (8,16 Mb) de répétitions simples et de 1,95% (4,44 Mb) de répétitions intercalées (fichier supplémentaire 1 : tableau S2). Soixante-quinze éléments répétitifs spécifiques à A. cerana ont été trouvés à l’aide du programme de recherche de répétitions de novo, RepeatModeler (version 1.0.7). Puisque l’assemblage du génome de A. cerana contenait 9,79% de N, nous avons supposé que les séquences répétitives dans l’assemblage actuel peuvent être sous-estimées. Par rapport à A. mellifera, seuls les éléments répétitifs longs terminaux étaient surreprésentés chez A. cerana, qui représentaient 0,1% (218 kb) du génome, contre 0,02% (49,6 kb) chez A. mellifera. En revanche, les éléments interspersés longs et les éléments interspersés courts n’ont pas été détectés dans le génome d’A. cerana. Les deux ont été trouvés dans le génome d’A. mellifera à des fréquences de 0,04% (83,1 kb) et 0,03% (70 kb), respectivement. Les transposons d’ADN constituent 0,11 % (247 kb) du génome d’A. cerana et 0,57 % (1,34 Mb) du génome d’A. mellifera. Les éléments transposables Mariner, découverts pour la première fois chez la mouche à fruits, ont été trouvés chez toutes les espèces d’abeilles domestiques. Le génome de l’abeille domestique occidentale, A. mellifera, contenait de multiples copies de transposons mariner, allant de AmMar1 à AmMar6. En revanche, le génome d’A. cerana contenait des orthologues d’AmMar1 et d’AmMar3-6, mais l’orthologue d’AmMar2 n’a pas été trouvé. Ceci est cohérent avec la spéculation que AmMar1 et AmMar2 ont été transférés au génome d’A. mellifera relativement récemment.

Bien que les analyses de répétition à l’échelle du génome doivent être examinées plus avant, les résultats de cette étude ont montré une réduction frappante des éléments transposables (TE) et des rétrotransposons dans le génome d’A. cerana par rapport à A. mellifera. L’absence d’éléments transposables est l’une des principales caractéristiques du génome de l’abeille domestique, par rapport aux autres hyménoptères séquencés. Certaines preuves suggèrent que le toilettage et les comportements hygiéniques des organismes eusociaux réduisent l’insertion de TEs provenant de génomes étrangers. Cependant, les génomes des insectes hyménoptères sociaux et non sociaux, y compris sept fourmis et le parasitoïde Nasonia, ont été séquencés, et ils comprennent des quantités significativement différentes d’éléments répétitifs comprenant 11% à 28% des génomes . Par conséquent, le comportement hygiénique n’est pas le seul facteur influençant l’accumulation d’éléments répétitifs dans les génomes.

Analyse de l’ensemble des gènes d’A. ceranagene

En raison des données limitées sur les étiquettes de séquence exprimée (EST) et les ADN complémentaires (ADNc) disponibles pour A. cerana, nous avons établi un pipeline d’annotation des gènes en utilisant des données de preuves multiples (tableau 4). Tout d’abord, nous avons généré 213 327 transcrits couvrant 515 809 639 pb à l’aide d’un assemblage de novo à partir de 68 Gb de lectures ARN-seq d’A. cerana. Deuxièmement, les données RNA-seq ont été alignées sur les séquences d’échafaudage, ce qui a donné 31 027 modèles de gènes représentant 96 495 948 pb. Troisièmement, nous avons effectué une prédiction computationnelle des gènes basée sur les informations de la séquence d’échafaudage, ce qui a généré 24 579 gènes couvrant 18 397 306 pb. Nous avons également utilisé les séquences de gènes d’A. mellifera recueillies dans la base de données des séquences de référence du National Center for Biotechnology Information (NCBI RefSeq, ) comme modèle pour obtenir une annotation des gènes basée sur l’homologie. Ensuite, nous avons fusionné tous les modèles de gènes prédits à l’aide du programme MAKER pour générer un ensemble de gènes primaires. Tous les gènes ont été interrogés avec la base de données non redondante du NCBI en utilisant BLASTX. Enfin, nous avons vérifié manuellement les gènes manquants, les gènes partiels ou les gènes séparés. Les gènes des chimiorécepteurs, y compris les récepteurs gustatifs (Grs), les récepteurs odorants (Ors) et les récepteurs ionotropes (Irs), ont été examinés plus attentivement à l’aide d’analyses des domaines de séquence fonctionnels. Finalement, 10 651 gènes ont été annotés en tant qu’ensemble officiel de gènes (OGS) d’A. cerana, OGS version 1.0 (tableau 4), dont environ 84 % des gènes ont été annotés dans la base de données non redondante du NCBI et 70 % dans la base de données Uniprot. Globalement, le nombre total de gènes dans l’OGS v1.0 d’A. cerana était comparable à celui de l’OGS v1.0 d’A. mellifera (10 157 gènes). Cependant, ce nombre est inférieur à celui de la version actuelle du génome d’A. mellifera, OGS v3.2 (15 314 gènes ; tableau 5) .

Nous avons classé les gènes par fonction en utilisant les bases de données de l’ontologie des gènes (GO) et de l’encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG) ; 6 338 gènes (60%) avaient plus d’un terme GO et 1 696 enzymes ont été classées dans 125 voies (fichiers additionnels 2 et 3). Ici, plusieurs voies moléculaires intéressantes qui pourraient représenter des mécanismes moléculaires spécifiques à l’abeille ont été révélées. Par exemple, les voies de la biosynthèse des acides gras, du métabolisme du glutathion et du cytochrome P450 peuvent être impliquées dans la reconnaissance du compagnon de nidification et la détoxification des pesticides (fichier supplémentaire 1 : figure S5). La surface de l’abeille est composée d’acides gras et d’hydrocarbures, qui reflètent son identité, et les abeilles de garde reconnaissent ces composés pour distinguer les membres de la colonie des intrus . Les analyses KEGG ont révélé que les classes d’enzymes impliquées dans la biosynthèse des acides gras sont partagées entre A. cerana et A. mellifera, et A. cerana possède moins d’enzymes de détoxification que la mouche et le moustique, mais un nombre similaire à A. mellifera. La contribution des pesticides aux pertes globales de colonies d’A. mellifera est encore une question controversée, mais les données indiquent que A. mellifera est exceptionnellement sensible à divers insecticides. Il est intéressant de noter que les colonies d’A. cerana n’ont pas montré des niveaux d’effondrement similaires à ceux d’A. mellifera, mais cela pourrait s’expliquer par d’autres différences qui peuvent réduire l’exposition aux pesticides, comme un comportement de fuite fréquent, une petite architecture de nid, et la recherche de nourriture dans des régions de haute altitude .

Gènes uniques à A. ceranaet orthologues de l’abeille mellifère

Pour étudier si les gènes non orthologues sont associés aux caractéristiques de la biologie d’A. cerana, nous avons comparé trois insectes hyménoptères, Apis mellifera (social), Apis cerana (social), Nasonia vitripennis (non social), et un insecte diptère, Drosophila melanogaster (non social) par regroupement basé sur l’orthologie. Parmi les 2 182 gènes uniques d’A. cerana (Figure 2), la plupart des termes GO significativement enrichis étaient impliqués dans la jonction neuromusculaire, le processus neuromusculaire, la régulation du développement des organes musculaires, la différenciation des cellules musculaires et le développement des tissus musculaires (p < 0,05, fichier additionnel 4). A. cerana a une fréquence de battement d’ailes plus élevée (306 battements/s) par rapport à A. mellifera (235 battements/s) et des modèles de vol rapides, impétueux et imprévisibles, donc certaines des protéines enrichies impliquées dans le mouvement musculaire pourraient expliquer les modèles de vol spécifiques à A. cerana. Des études futures devraient être effectuées pour disséquer cette relation.

Notamment, les termes GO liés à la signalisation neuronale, y compris la reconnaissance des neurones, l’activité des récepteurs de signalisation, la voie de signalisation des récepteurs transmembranaires, la voie de signalisation des récepteurs ionotropiques du glutamate et l’activité des transporteurs transmembranaires actifs, qui sont étroitement liés à la réception chimiosensorielle et à la signalisation chimique, étaient également enrichis (p < 0.05) dans l’ensemble de gènes uniques d’A. cerana (fichier supplémentaire 4). Les gènes impliqués dans la signalisation chimique ont évolué rapidement, en particulier chez les organismes eusociaux. Les processus de signalisation neuronale jouent des rôles majeurs dans la médiation de la communication sociale dans la société des abeilles domestiques. A. cerana présente un certain nombre de comportements de groupe distincts de ceux d’A. mellifera, notamment un comportement de défense unique contre les frelons. Les abeilles de garde d’A. cerana lèvent leur abdomen et s’agitent ou voltigent, produisant des phéromones d’alarme, lorsque les frelons s’approchent de la ruche. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si les mécanismes de régulation moléculaire trouvés uniquement chez A. cerana peuvent être responsables de ces comportements de défense sociale uniques.

Puisque A. mellifera et A. cerana ont divergé récemment, nous avons émis l’hypothèse qu’il y aurait des orthologues de protéines conservés dans les deux espèces d’abeilles mellifères qui expliqueraient les caractéristiques communes des abeilles mellifères. Un total de 1 061 protéines d’A. cerana ont été identifiées avec des orthologues chez A. mellifera mais aucune autre espèce non sociale. Ces orthologues ont été catégorisés avec les termes GO « perception sensorielle de l’odeur » (p < 1,75E-04) et « perception sensorielle du stimulus chimique » (p < 7,55E-04), qui sont des caractéristiques cruciales pour la communication sociale et l’interaction physique. En outre, le terme GO « activité de transporteur d’hydrates de carbone » (p < 1,87E-02), qui décrit la détection des hydrocarbures cuticulaires , et « régulation de la plasticité synaptique neuronale à court terme » (p < 2,21E-02) et « activité de récepteur de signalisation transmembranaire » (p < 3.04E-02), qui sont impliqués dans la signalisation neuronale au cours de l’interaction sociale, ont également été enrichis en orthologues partagés par les deux espèces d’abeilles domestiques (fichier supplémentaire 1 : tableau S3).

Famille de gènes des chimiorécepteurs

Les chimiorécepteurs jouent des rôles importants dans la communication et les comportements sociaux, en partie en médiant la détection des signaux chimiques provenant des compagnons de nidification . Les principaux groupes de gènes de chimiorécepteurs comprennent les récepteurs gustatifs (Grs), les récepteurs odorants (Ors) et les récepteurs ionotropes (Irs). Chez les insectes sociaux, tels que les fourmis et les abeilles, la communication chimique est cruciale pour le maintien de la colonie et la coopération. Ici, nous avons caractérisé 10 nouveaux Grs, 119 nouveaux Ors, et 10 nouveaux Irs dans le génome de A. cerana. Les modèles d’expression génétique, examinés à l’aide de données RNA-seq, ont révélé que les gènes chimiorécepteurs annotés étaient bien organisés et comparables à ceux d’A. mellifera et de N. vitripennis, bien qu’ils soient légèrement sous-représentés par rapport au génome d’A. mellifera .

La famille des récepteurs gustatifs

La famille des récepteurs gustatifs joue un rôle important dans le goût et est utilisée pour collecter le nectar et le pollen pour l’énergie et le soin du couvain . Dans la société des abeilles domestiques, les membres de la colonie ont une division du travail et effectuent différentes tâches. Les abeilles nourricières prennent soin du couvain et de la reine, et nettoient l’intérieur du nid. Les abeilles butineuses collectent de la nourriture ou de la résine à l’extérieur et l’apportent à la ruche. La régulation périphérique et interne de l’expression des gènes Gr est impliquée dans cette transition comportementale .

Selon Robertson et Wanner , l’abeille domestique occidentale, A. mellifera a 13 Grs (H. M.. Robertson, communication personnelle), un petit nombre comparé à la mouche des fruits D. melanogaster (68 Grs, ), le moustique Aedes aegypti (79 Grs, ), la guêpe parasitoïde N. vitripennis (58 Grs, ), et la fourmi Linepithema humile (116 Grs, ). Comme pour A. mellifera, 10 gènes Gr ont été identifiés dans le génome de A. cerana. Ils ont été nommés en fonction de leur orthologie avec les Grs d’A. mellifera (AmGrs). Tous les gènes Gr identifiés chez A. cerana présentaient des relations orthologues simples avec les gènes Gr d’A. mellifera, et les gènes AcGr1, 2, 3, 6, 7, 9 et 10 avaient également des orthologues chez N. vitripennis (fichier supplémentaire 1 : figure S6). Ces données indiquent que les gènes Gr sont hautement conservés parmi les espèces d’hyménoptères. Comme pour le répertoire Gr d’A. mellifera, AcGr1 et AcGr2 étaient positionnés dans des lignées étendues aux récepteurs de sucre de D. melanogaster, y compris DmGr5a, DmGr61a et DmGr64a/f (Figure 3A) . En outre, AcGr3 a partagé un clade avec DmGr43a, qui fonctionne comme un récepteur de fructose dans la périphérie et un capteur de nutriments dans le cerveau de la drosophile (Figure 3A) . En revanche, les lignées AcGr6, 7, 9, 10 et X n’ont montré aucune relation apparente avec DmGrs, ce qui implique qu’elles pourraient être uniques à l’abeille domestique. Les récepteurs du goût amer semblent également être perdus dans le génome d’A. cerana, ce qui pourrait être lié à l’évolution de la préférence pour les fleurs chez l’abeille mellifère par rapport à d’autres insectes sociaux tels que la fourmi chez qui les récepteurs amers sont préservés . De plus, les orthologues des récepteurs de dioxyde de carbone (CO2) de la drosophile, Gr21a et Gr63a, n’étaient pas présents dans le génome d’A. cerana, comme chez A. mellifera. Cependant, les abeilles mellifères sont connues pour détecter le CO2, ce qui indique qu’elles ont peut-être évolué vers de nouveaux mécanismes moléculaires similaires au mécanisme de détection des acides trouvé chez la drosophile pour détecter les concentrations élevées de CO2 . Des séquences partielles des orthologues Gr4 et Gr5 d’A. cerana ont été localisées en utilisant des recherches TBLASTN. Un orthologue de Gr8 n’a pas pu être trouvé dans le génome d’A. cerana.

Les profils d’expression des orthologues de Gr chez A. cerana et A. mellifera ont été déterminés par des analyses d’expression génique relative (Figure 3B). De manière surprenante, les profils d’expression des orthologues de Gr entre les deux espèces d’abeilles mellifères étaient distincts. Les récepteurs de sucre candidats, Gr1 et Gr2, étaient plus exprimés chez A. cerana que chez A. mellifera (Figure 3B), ce qui suggère que A. cerana pourrait avoir une plus grande capacité à détecter les sucres. De même, Gr5 et Gr7 étaient fortement exprimés chez A. cerana par rapport à A. mellifera. En revanche, Gr3, 6, 9 et 10 étaient plus fortement exprimés chez A. mellifera que chez A. cerana. Gr4 et GrX n’ont pas été détectés dans le transcriptome antennaire de A. cerana (données non montrées), ce qui implique que Gr4 et GrX pourraient être exprimés à des niveaux indétectables ou dans d’autres tissus, comme la langue ou les pattes. De futures études fonctionnelles sur les Grs pourraient révéler des différences de détection du goût et de régulation interne entre les espèces.

La famille des récepteurs odorants

Les récepteurs odorants des insectes jouent des rôles importants dans la reconnaissance des signaux environnementaux et la communication inter- et intra-espèces . Les abeilles domestiques utilisent les récepteurs odorants dans des contextes, y compris la reconnaissance de la parenté, la navigation alimentaire et la détection des phéromones . Cependant, malgré l’importance des récepteurs odorants, l’identification fonctionnelle des Ors chez les abeilles mellifères manque par rapport à d’autres insectes modèles, y compris les espèces de mouches et de moustiques .

Dans le génome d’A. cerana, 119 AcOrs, y compris quelques séquences partielles 5′- ou 3′- contenant le domaine du récepteur odorant, ont été identifiés. Nous avons nommé les AcOrs d’A. cerana par la position des séquences dans les échafaudages. La plupart des AcOr n’étaient pas répartis uniformément dans les scaffolds, mais étaient regroupés à quelques endroits du génome. Par exemple, des groupes de 37 AcOr, 15 AcOr et 17 AcOr se trouvaient respectivement sur les échafaudages 3, 103 et 139 (fichier supplémentaire 1 : figure S7). Chez A. mellifera, le plus grand réseau en tandem de 60 Ors a été trouvé sur le chromosome 2. Cette expansion des Ors implique qu’un crossing-over inégal par des gènes voisins s’est produit. Le grand nombre de paralogues d’Or indique que la reconnaissance des odeurs joue divers rôles dans la société des abeilles, comme les mélanges de phéromones, les hydrocarbures cuticulaires et les cocktails d’odeurs florales. Comme A. mellifera et A. cerana ont divergé récemment, on a supposé qu’il pouvait y avoir une synténie entre les groupes Or. Des régions du chromosome 2 d’A. mellifera présentant une microsynténie ont été identifiées en comparant l’arrangement des gènes Or dans le génome d’A. cerana à celui d’A. mellifera. Conformément à l’hypothèse, une microsynténie conservée et des orthologues clairs de A. cerana Ors à A. mellifera Ors ont été trouvés (Figure 4C, fichier additionnel 5), ce qui suggère que les paralogues Or de l’abeille domestique sont regroupés dans des régions génomiques conservées .

Les insectes ont un certain nombre d’Ors variables, qui forment un chaperon avec le corécepteur olfactif (Orco) in vivo. Dans la présente étude, A. cerana Or5 partageait une orthologie avec les Orcos d’insectes, notamment D. melanogaster Or83b, N. vitripennis Or1, et A. mellifera Or2 (Figure 4A). Dans l’ensemble, les AcOrs identifiés ont montré des relations orthologues simples avec les AmOrs, telles que 1:1, 1:2, et 1:3 (AcOrs : AmOrs).

Parmi les 177 Ors d’A. mellifera, AmOr11 a été caractérisé fonctionnellement comme un récepteur de phéromone de reine répondant à l’acide 9-oxo-2-décénoïque (9-ODA). Dans notre étude, AcOr30 a montré une orthologie 1:1 à AmOr11 avec 98,7% d’identité (fichier additionnel 1 : Figure S7), ce qui implique que les composants de la phéromone de la reine peuvent être conservés entre A. mellifera et A. cerana.

Les données du transcriptome ont révélé que les homologues de Or sont exprimés de manière différentielle entre A. cerana et A. mellifera (Figure 4B). Quarante-quatre homologues d’Or étaient plus fortement exprimés chez A. mellifera, et 56 homologues d’Or étaient plus fortement exprimés chez A. cerana. Les différents modèles d’expression soutiennent l’idée que les séquences codantes sont bien conservées parmi les homologues de Or, mais que leurs séquences promotrices ont des motifs de régulation différents. Ces données impliquent que les deux espèces d’abeilles expriment des spectres odorants différents. Plus précisément, sept AcOrs (AcOr21, 38, 40, 45, 56, 58 et 116) ont été exprimés uniquement chez A. cerana, indiquant des fonctions spécifiques à A. cerana. Des études fonctionnelles utilisant des systèmes d’expression hétérologues sont nécessaires pour mieux comprendre les diverses fonctions des Ors chez l’abeille domestique.

La famille des récepteurs ionotropes

Récemment, une nouvelle famille de récepteurs chimiosensoriels, la famille des récepteurs ionotropes (Ir), a été identifiée chez D. melanogaster. Les Ir de D. melanogaster constituent des sous-familles distinctes et divergentes des récepteurs ionotropiques du glutamate (iGluRs). Soixante-six homologues d’Ir ont été identifiés chez D. melanogaster, et 16 ont été exprimés spécifiquement dans les antennes. Ceci suggère que les Ir appartiennent à deux sous-groupes : les Ir conservés dans les antennes et les Ir divergents spécifiques à l’espèce. Ces sous-groupes représentent des classes de Ors et de Grs, respectivement. Contrairement aux Ors, qui répondent largement aux alcools, aux cétones et aux esters, les Irs répondent principalement aux acides, aux amines et au dioxyde de carbone, qui peuvent être physiologiquement importants chez de nombreuses espèces d’insectes. Bien que les fonctions de ces récepteurs ne soient pas encore connues, les Irs peuvent avoir une fonction plus générale dans la détection des produits chimiques environnementaux, y compris les odorants et les goûts .

Le nombre d’Irs identifiés chez les insectes augmente , et un grand complément d’Irs a été décrit dans les génomes complets de quatre espèces d’hyménoptères : A. mellifera (10 Irs), N. vitripennis (10 Irs), L. humile (32 Irs), et P. barbatus (24 Irs) . Dans cette étude, 10 homologues Ir ont été trouvés dans le génome de A. cerana (Figure 5A). La comparaison des séquences et les analyses phylogénétiques des Irs avec D. melanogaster et A. mellifera ont permis d’identifier des orthologues putatifs des Irs conservés dans le génome d’A. cerana : Ir8a, Ir25a, Ir68a, Ir75a, Ir76a et Ir93a. Comme prévu, des orthologues hautement conservés des Irs antennaires ont été identifiés dans le génome de A. cerana. Ces résultats soutiennent l’hypothèse que l’expression antennaire des orthologues de l’Ir a été conservée pendant plus de 350 mya depuis que les insectes diptères et hyménoptères ont divergé. D’autres Irs chez A. cerana présentant une faible similarité avec les orthologues d’autres récepteurs d’insectes semblent être spécifiques à l’abeille domestique. Ces Irs peuvent être utilisés pour la reconnaissance spécifique des espèces, y compris les candidats pour les récepteurs d’hydrocarbures cuticulaires et les récepteurs de phéromones de couvain. Cependant, les profils d’expression de la grande majorité des Irs sont inconnus et aucun ligand pour les Irs de l’abeille n’a été identifié. Dans cette étude, les profils d’expression des AcIr étaient différents chez A. mellifera et A. cerana (Figure 5B). Leurs fonctions et la base évolutive de la diversité restent à étudier.

Gènes liés à l’immunité

Les abeilles à miel sont des modèles inestimables pour étudier la dynamique de défense sociale et les mécanismes de défense moléculaires et comportementaux individuels . Contrairement à A. mellifera, A. cerana n’est pas sensible à l’acarien ectoparasite, Varroa destructor, l’un des principaux vecteurs des agents pathogènes de l’abeille. En revanche, A. cerana a beaucoup souffert de maladies virales et bactériennes ces dernières années. Un rapport récent indique que plus de 90 % des colonies d’abeilles asiatiques se sont effondrées à cause d’une infection par le virus de la sacbroode (SBV) en Corée. De nombreux pays asiatiques ont également connu un déclin des colonies d’A. cerana pour plusieurs raisons. Cependant, les mécanismes de défense moléculaire d’A. cerana sont encore inconnus. Par conséquent, nous avons étudié les gènes immunitaires présents dans le génome de A. cerana en comparant les informations génomiques à d’autres génomes d’insectes séquencés .

En utilisant des recherches multiples TBLASTN, 160 orthologues de gènes immunitaires ont été identifiés chez A. cerana et 11 gènes supplémentaires ont été détectés par annotation manuelle. Toutes les voies principales ont été identifiées chez A. cerana, y compris les composants des voies Toll, Imd, Jak/Stat, et JNK . Notamment, les composants FADD, Dredd, et Kenny de la voie Imd et Pelle de la voie Toll n’ont pas été détectés dans le génome d’A. cerana (Figure 6). Le nombre total de gènes de l’immunité innée chez A. cerana est similaire à celui d’autres hyménoptères sociaux (fichier additionnel 1 : tableau S4), et la plupart des gènes immunitaires chez A. cerana présentaient une plus grande similarité de séquence avec A. mellifera par rapport aux autres espèces d’insectes séquencées. Cela peut s’expliquer par la conservation du système immunitaire inné entre A. cerana et A. mellifera. Les insectes eusociaux possèdent des systèmes immunitaires sociaux supplémentaires, tels que les comportements de nettoyage (comportement hygiénique, toilettage et entreprise), les défenses thermiques (A. mellifera ne possède pas ce comportement), et l’architecture du nid antibiotique (collecte de résine), qui peuvent contribuer à réduire l’exposition aux agents pathogènes .

Des études antérieures indiquent que davantage de protéines antimicrobiennes sont codées dans le génome d’A. cerana par rapport à A. mellifera. En effet, les peptides défensifs, y compris les peptides venimeux, chez A. cerana sont plus fortement exprimés que chez A. mellifera. En outre, certains rapports montrent l’unicité des défenses comportementales fortes d’A. cerana, telles que les comportements hygiéniques et de toilettage. L’ensemble de ces données indique qu’A. cerana, par une combinaison de mécanismes moléculaires et comportementaux élaborés, pourrait avoir un système de défense sociale plus efficace que celui d’A. mellifera. Les études fonctionnelles des gènes immunitaires éclaireront la connaissance des méthodes de contrôle des maladies spécifiques à A. cerana et fourniront un modèle précieux pour les études comparatives des systèmes immunitaires des insectes sociaux.