Déchiffrer le code olfactif des abeilles : de la communication sexuelle aux comportements sociaux – Bee-o-CHOC

L'abeille Apis mellifera est le pollinisateur le plus important pour l'agriculture dans le monde. Son service de pollinisation est gravement menacé par les pertes de colonies, qui ont considérablement augmenté récemment. Pour promouvoir et maintenir la santé et la diversité génétique de nos populations d'abeilles, il est crucial de mieux comprendre leurs comportements reproductifs et sociaux. De nombreuses études ont décrit les structures cérébrales impliquées dans la perception et l'apprentissage olfactifs chez l’abeille ainsi que les processus de traitement de l’information olfactive dans son cerveau. Cependant, on connaît peu de choses sur les processus à la périphérie de son système olfactif, au niveau des neurones sensoriels olfactifs logés dans les antennes. Les principaux acteurs moléculaires impliqués dans la détection des odorants sont les récepteurs olfactifs (RO) exprimés à la membrane des neurones sensoriels olfactifs. Alors que le génome de l'abeille a été séquencé il y a 10 ans et que ~ 170 gènes codant pour des RO candidats ont été annotés, seulement 3 RO sont maintenant « déorphanisés » (c'est-à-dire que le ligand olfactif pour ce récepteur a été identifié). Dans le cadre de ce projet, nous allons exprimer des OR individuels dans des systèmes d'expression hétérologues (neurones sensoriels olfactifs de drosophile et ovocytes de xénope) et caractériser leurs spectres de réponse en sélectionnant des odorants pertinents écologiquement. Plus spécifiquement, nous étudierons les RO qui sont surexprimées chez les abeilles mâles et chez les ouvrières, et impliqués respectivement dans l'accouplement et dans les comportements sociaux comme la discrimination des congénères. Le projet propose trois objectifs :

L'OBJECTIF 1 traite de la communication sexuelle des abeilles. Nous chercherons à identifier les ligands de trois RO surexprimés chez les mâles et qui détecteraient des phéromones produites par les reines mais aussi les mâles eux-mêmes. Les RO individuels seront exprimées dans des neurones sensoriels olfactifs de drosophile, et l'activation des récepteurs sera évaluée électro-physiologiquement en effectuant un screening d’odorants émis par les reines et les mâles. Nous confirmerons l'activation du cerveau des mâles (macroglomérules) par les ligands candidats grâce à l’imagerie optique in vivo. Leur effet sur le comportement des mâles sera évalué au laboratoire à l'aide d'un compensateur de locomotion et dans les zones de congrégation de mâles en utilisant des appâts chargés d'odeurs.

L'OBJECTIF 2 s’intéressera aux interactions sociales. Le génome de l'abeille contient ~ 44 RO du clade à 9-exons, qui sont plus fortement exprimés chez les femelles (ouvrières). On pense qu'ils détectent les hydrocarbures cuticulaires impliqués dans la discrimination des congénères. Nous effectuerons une étude approfondie des RO à 9-exons des abeilles, en développant une méthode de déorphanisation à haut débit basée sur des enregistrements robotisés d'ovocytes de xénope. Des expériences d'apprentissage et de rencontre dyadique (agression) testeront leur implication dans la reconnaissance des congénères.

L'OBJECTIF 3 permettra de cartographier le répertoire des RO dans le cerveau de l’abeille. Nous étudierons le codage des ligands principaux et secondaires dans le lobe antennaire en utilisant l'imagerie optique in vivo et notre préparation récente pour accéder aux régions cachées de cette structure. Ensuite, nous utiliserons des techniques d’analyse multidimensionnelle (clustering) sur les spectres de réponse aux odeurs des RO individuels et des glomérules AL identifiés afin de cartographier la représentation des RO dans le lobe antennaire. Les résultats de ce projet stimuleront à la fois la recherche fondamentale et le développement de nouvelles stratégies de protection et de conservation des abeilles, en manipulant leurs comportements sexuels et sociaux.