Comment l'abeille devient reine

De grande taille, lente à se mouvoir, la reine d'une colonie d'abeilles passe l'essentiel de sa vie – quatre à cinq ans – à pondre, choyée par sa cour. Les ouvrières, au contraire, sont petites, agiles, stériles et ne vivent que quelques semaines, durant lesquelles elles débordent d'activités variées. Pourtant, la reine et les ouvrières sont sœurs et génétiquement identiques. Comment un même génome peut-il produire des individus si différents ? Une équipe germano-australienne vient d'éclairer les mécanismes moléculaires en jeu.

On savait déjà que la clé de ces destins différents est alimentaire. Les larves élevées comme de futures reines et la reine en place (une fois qu'elle a éliminé ses rivales) sont nourries exclusivement de gelée royale. Les autres larves, qui deviendront des ouvrières, sont nourries surtout de miel et de pollen.

En 2008, l'équipe de Sylvain Forêt et Ryszard Maleszka, de l'Université nationale australienne, à Canberra, a montré que la suppression de la synthèse d'une enzyme, l'ADN méthyle-transférase, chez des larves nourries pour devenir ouvrières, les fait se développer en reines fécondes, reproduisant l'effet de la gelée royale. Cette enzyme étant nécessaire à la méthylation de l'ADN, c'est-à-dire à l'ajout de radicaux méthyle sur certaines bases de cette molécule (des cytosines), la gelée royale apporte vraisemblablement des substances inhibant ce processus, dit épigénétique.

Suspectant que la reine et les ouvrières n'expriment pas leurs gènes de la même façon, les mêmes chercheurs, associés à un groupe du Centre allemand de recherche sur le cancer, à Heidelberg, ont séquencé les génomes issus du cerveau de reines et d'ouvrières. La technique utilisée leur a permis d'identifier tous les sites méthylés de l'ADN, le « méthylome ». Ils ont observé que quelque 560 gènes étaient méthylés différemment chez les unes et chez les autres. De plus, ce marquage chimique concerne plus souvent des sites de l'ADN impliqués dans la production de différentes versions d'un même gène, par un mécanisme nommé épissage alternatif. La méthylation paraît donc réguler quelles formes d'un gène codant telle ou telle protéine s'expriment, et avec quelle amplitude, chez une reine et chez une ouvrière.

Comment les enzymes de méthylation repèrent-elles quelles sont les cytosines cibles parmi les dix millions possibles chez l'abeille ? On l'ignore, mais un mécanisme expliquant les différences entre reines et ouvrières se dessine : la présence ou l'absence de gelée royale détermine différents profils de méthylation de leur ADN. En ajustant l'expression de versions différentes d'un nombre restreint de gènes, ces profils donnent lieu à des caractéristiques anatomiques, physiologiques et comportementales distinctes.