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L'abeilles pollinisatrice

Les abeilles sont les reines de la pollinisation et jouent de ce fait un rôle majeur dans la pérennité des écosystèmes. En collectant le pollen, elles permettent la reproduction de 84% des plantes qui poussent en Europe. Elles sont également un acteur essentiel dans la production de 35% des fruits et légumes comestibles. Sans les abeilles, les tomates, les pommes, la vigne et bien d’autres encore disparaîtraient tout simplement (voir la Figure 1 pour des exemples). Parmi toutes les espèces d’abeilles, l’abeille domestique, Apis mellifera, qui construit son nid dans des ruches fournies par l’homme, est la principale productrice de miel, de cire et de propolis. Trsè souvent, les colonies sont sélectionnées afin d’augmenter leur production.

Figure 1: Exemples de produits dépendant du rôle de pollinisation des abeilles pour se reproduire

D’après une étude de l’INRA (Institut National de la Recherche Agronomique), l’extinction des abeilles représenterait une perte économique mondiale de 163 milliards de dollars. Ce chiffre impressionnant reflète bien le rôle crucial des abeilles dans notre écosystème.

Les abeilles domestiques

Trois types d’abeilles coexistent dans une ruche : les ouvrières, la reine et les mâles, aussi appelés faux-bourdons. Dans la colonie, chacune de ces castes est spécialisée dans une activité particulière. Les ouvrières sont des femelles infertiles et représentent la caste la plus nombreuse au sein de la ruche. Leurs activités principales sont le nettoyage des alvéoles de la ruche, la ventilation, l’operculation des alvéoles contenant les oeufs, l’alimentation des larves, la collecte du pollen et la défense de la colonie.

La reine assure la pérennité de la colonie en renouvelant ses membres. Les faux-bourdons sont les oeufs qui n’ont pas été fertilisés. Leur principale fonction est celle de reproduction avec la reine à l’extérieur de la ruche.

La Reine, une Ouvrière et un Faux Bourdon (coming soon)

Syndrome d’effondrement des colonies d’abeilles

Durant les dernières décennies, un déclin des populations d’abeilles a été observé. En Europe, pas moins de 24% des espèces d’abeilles sont menacées d’extinction. Plus on considère d’indicateurs, plus la situation paraît alarmante. La disparition des abeilles a une origine multifactorielle. Parmi ces facteurs, le syndrome d’effondrement des colonies est l’un des plus importants, et engendre une perte massive de colonies d’abeilles. Les causes de ce syndrome sont nombreuses : pesticides, virus, parasites… et on trouve parmi ces derniers une mite très justement appelée Varroa destructor, qui est l’un des ennemis les plus féroces de l’abeille domestique.

Varroa destructor

Varroa destructor est un ectoparasite obligatoire des abeilles. Cela signifie qu’il s’agit d’un parasite externe et qu’il ne peut pas survivre sans son hôte, l’abeille. Le cycle de développement du varroa a lieu dans les alvéoles de la ruche en parallèle avec le cycle de développement des abeilles. Le maillon crucial de ce cycle de développement est la femelle varroa adulte, communément appelée “fondatrice”. Celle-ci se reproduit uniquement dans le couvain, c’est-à-dire une alvéole contenant une larve. La reproduction de la fondatrice a lieu durant la phase phorétique pendant laquelle le varroa est transporté d’une alvéole à l’autre par une abeille adulte.

Figure 2: Cycles de vie combinés de l’abeille et du Varroa destructor.

L’infestation de l’abeille par le varroa se produit entre le moment où la reine pond dans l’alvéole et l’operculation de cette même alvéole contenant à présent une larve. Après s’être nourrie de l’hémolymphe de la larve, la fondatrice varroa va commencer à pondre. Les varroas nouveaux-nés vont ensuite se développer en passant par plusieurs étapes, et vont se reproduire dans le couvain. Quand l’abeille parvenue à maturité émerge de son alvéole, les femelles varroas s’y accrochent, devenant ainsi “phorétiques”. Le Varroa destructor en lui-même est un danger non négligable pour l’abeille. Cependant, c’est son association avec le virus des ailes déformées (ou DWV pour Deformed Wing Virus) qui en fait l’une des affections les plus nocives pour les abeilles. L’étude de l’interaction entre le parasite et ce virus montre qu’une réplication virale intense est déclenchée lorsque la mite se nourrit de l’hémolymphe de l’abeille, ce qui conduit à un épisode viral dévastateur.

Figure 3: Conséquences de l’infection d’une abeille par Varroa destructor

Apparition de Varroa destructor dans les pays occidentaux

La mite varroa est à l’origine un ectoparasite d’Apis cerana, l’abeille asiatique. Le premier contact entre le varroa et Apis mellifera s’est produit dans les années 1950 en Asie. Au cours des années suivantes, l’infestation se propagea à l’Europe, l’Afrique et l’Amérique. Les premiers signes de cette infestation furent identifiés en Europe et en Amérique du Nord au début des années 1980. Le varroa est un parasite particulièrement virulent pour Apis mellifera car son apparition a été soudaine ce qui a empêché l’abeille mellifère européenne de développer une réponse adapative.

En Asie au contraire, Apis cerana et Varroa destructor ont coévolué depuis des siècles et atteint un équilibre. En effet, l’abeille asiatique est capable de détecter la présence du parasite sur son corps et de s’en débarasser en s’épouillant.

Moyens de lutte contre Varroa destructor

Il y a trois types de méthodes habituellement utilisées pour combattre le varroa :

♦ La recherche d’abeilles tolérantes ou résistantes par la sélection.
♦ L’utilisation de moyens zootechniques ou biotechniques (piégeage des varroas dans des couvains mâles vides ou installation d’entrées grillagées).
♦ Traitement chimiques.

Cette dernière méthode est la plus efficace, cependant aucun traitement n’est efficace à 100% et leur utilisation est souvent limitée par le fait que les abeilles génèrent des produits consommables. Le manque d’efficacité des traitements (ainsi que le phénomène de résistance attendu) permet à une population de varroas suffisante pour mettre en danger la colonie d’être présente dans la ruche même après traitement. L’utilisation de tels traitements, souvent annuels, peut en effet permettre d’éliminer jusqu’à 90% de la population de varroas, ce qui n’est pas suffisant pour assurer la bonne santé de la colonie.

De plus, ces traitements peuvent avoir de sérieux inconvénients :

♦ Il a été montré que certains miticides ou métabolites de dégradation de ceux-ci s’accumulent dans la cire d’abeilles.
Cette accumulation à long terme pourrait expliquer l’apparition d’une résistance chez les parasites.

♦ Certains traitements ont des effets néfastes sur les abeilles.
Ces effets sont souvent encore plus sensibles si les traitements sont mal utilisés.

♦ Certains traitements peuvent contaminer la production des abeilles et avoir un impact direct sur la qualité des produits.

L’abeille est certainement l’une espèces animales les plus précieuses pour l’homme grâce à son rôle unique de pollinisation. La vitesse à laquelle elle disparaissaît est alarmante et devant l’urgence de la situation, notre équipe a décidé de mettre à profit les outils proposés par la biologie synthétique pour combattre le Varroa destructor.

References

[1] Boecking O, Genersch E. 2008. Varroosis – the Ongoing Crisis in Bee Keeping. J. Verbr. Lebensm. 3:221–228.
[2] Le Conte Y, Arnold G, Trouiller J, Masson C, Chappe B, Ourisson G. 1989. Attraction of the parasitic mite varroa to the drone larvae of honey bees by simple aliphatic esters. Science 245:638–639.
[3] Methods for attracting honey bee parasitic mites. [accessed 2015 Jul 24].
[4] Louis P, Flint HJ. 2009. Diversity, metabolism and microbial ecology of butyrate-producing bacteria from the human large intestine. FEMS Microbiol. Lett. 294:1–8.
[6] Wallace KK, Bao Z-Y, Dai H, Digate R, Schuler G, Speedie MK, Reynolds KA. 1995. Purification of Crotonyl-CoA Reductase from Streptomyces collinus and Cloning, Sequencing and Expression of the Corresponding Gene in Escherichia coli. European Journal of Biochemistry 233:954–962.