PHEROMONES ET REGULATIONS SOCIALES

CHEZ LES INSECTES SOCIAUX

INRA, UMR Abeilles et Environnement, Laboratoire de Biologie et Protection de

l'Abeille, Avignon, France

Yves Le Conte

AROMAGRI

“social” -> “eusocial”•Soins aux couvain (immatures)

•castes reproductives et division du travail• chevauchement des génératons

fourmis

termites

Certainesabeilles et guèpes

courtesy: M. Ono

Insectes Sociaux

Comment des milliers d’individusévoluent ensemble de façonharmonieuse?

Organisation sociale complexe?

Système de communication élaboré

Communication chimique

Abeille domestique Apis mellifera modèle le plus étudié

Communication chimique

Nombreuses phéromones incitatrices

Phéromones modificatrices

Reconnaissance des apparentés

Pheromonefécale de la reine

Breed et al.

Hydrocarbonscuticulaireset odeurs du

nidBreed en al. 90th

Phéromones incitatrices

Reconnaissance entre apparentés chez Apis mellifera

Valeur adaptative très importante

butan-1-ol, butan-1-yl acetate, benzyl alcohol, benzyl acetate, isopentyl alcohol, hexan-1-ol, hexan-1-yl acetate, heptan-1-yl acetate, heptan-2-ol, octan-1-ol, octan-1-yl acetate,octen-1-yl acetate, nonan-2-ol, 2-nonan-2-yl acetate, nonen-1-yl acetate, 2-heptanone

Collins and Blum in the late ’70’s, early ’80’s

(Z)-11-Eicosen-1-olPickett, Williams, and Martin 1982

courtesy: Harrington, Cornell University

Phéromone(s) d’alarmeisoamyl acetate, 2-heptanone,Boch and Shearer in the ’60’s

terpène alcohols, aldehydes et acidesgéraniol et nérol,geranial et neral,geranic et nerolic acids(E,E)-farnesol

Boch and Shearer ’60’sWeaver et al. ’64Pickett et al. ‘80

Phéromone de Nasanov

Comportement de courGary, ‘62

Marquage des oeufs, policing,

attraction?

EssaimageSchmidt et al, ‘93

Ratnieks ’88,Katzav-Gozansky et al., ‘97

Phéromonesexuelle

Phéromones royales

9ODA

Nature 332 354-354 (1988)

• Comportement de cour

O

OH

O

O

OH

OH

OH

O OC H3

OH

OH

OCH 3

*

9-ODA

9-HDA

HOB HVA

Phéromone mandibulaire de la reineQueen mandibular pheromone (QMP)

synergie

Winston, Slessor et al., late 80’s-00’s

Queen mandibular Pheromone (QMP)et comportement de

cour

courtesy: Chris

Keeling

0

10

20

30

40

-6 -5 -4 -3 -2 -1

QueenExtract

QMPIl manquequelquechose!

Les fractions des extraits de reines perdent vite leuractivité avec la purification

Slessor’s en déduit - SYNERGIE

Comme les composés individuel de la QMP seulement actifs en combinaison

Les composés inconnus doivent être sécrétésavec la QMP !!

Après une longue recherche de la phéromone ducomportement de cour

4 nouveaux composants ajoutés au bouquetattractif de la QMP

Phéromone du comportement de cour est QMP +

O

OCH 3

OH

O

OH

OH

OCH 3

CA

OH

MO

PA

LEA

méthyle oléate

coniferyl alcohol

palmityl alcohol

linolenic acid

QRP

CONCLUSION : SYNERGIE

9ODAInhibition :• des ovaires• de la construction de cellules royales

Effets incitateurs

Effets modificateurs

• Inhibe le dévelopement des ovaires des ouvrières (Hoover et al, 200)

• Inhibe la bisynthèse de la JH III et l’ontogénèse du butinage(Pankiw et al., 1998)

• Inhibe l’élevage royale• Stimule la construction des rayon

Queen mandibular pheromone (QMP)

O

OH

O 9-ODA

Queen mandibular pheromone (QMP)

O

OH

O 9-ODA

Phéromone modificatrice et incitatrice

Sécrétion de la glande de Dufour

hydrocarbones, estersKatzav-Gozansky et al., ’97

egg policing ?Katzav-Gozansky et al., ’01

Signal honnête de la reine

Katzav-Gozanskyet al., 2005

Queen pheromones

Luna Moth (Actias luna)

Phéromones sexuelles incitatrices

Insectes Sociaux

• Reconnaissance des immatures par les adultes ? : Phéromones de couvain

• Effets incitateurs et modificateurs du couvain sur les adultes• Connaissances très restreintes chez les insectes sociaux

reconnaissanceÂgeCaste, sexeBesoins : nourriture, chaleur

pollen

Effets incitateurs

Effets modificateurs

Développement des ovairesGlandes hypopharyngiennes

ESTERS D’ACIDES GRAS DES LARVES D’ABEILLES

• Palmitate de méthyle et d’éthyle C15H31COO-R• Stéarate de méthyle et d’éthyle C17H35COO-R• Oléate de méthyle et d’éthyle C17H33COO-R• Linoléate de méthyle et d’éthyle C17H31COO-R• Linolénate de méthyle et d’éthyle C17H29COO-R

R = -CH3R = -C2H5

5 à 20 fois plus d’esterspendant l’operculation de la cellule

Leures comprenant les differentes molécules

Operculation de la cellule

Methyl Palmitate Oleate, Linoleate and Linolenate

LE CONTE et al 1990 - Naturwissenschaften, 77, 334-336

Age des larves

Age des larves

Mélange différent (quantités et proportions)

Age des larves

Mélange différent (quantités et proportions)

LE CONTE et al. Naturwissenschaften, 1994, 81, 462-465.

Reconnaissance des cellules royales

Methyl Oleate, Methyl Linolenate and Methyl Linoleate

Le Conte et al, Chemoecology, 1995

Acceptation des cellules royales

Methyl Stearate

Nourrissement des larves

Methyl Linoleate

Nourrissement des larves

Methyl Linoleate

LE CONTE et al., 1995 - Journal of Economic Entomology, 88(4): 798-804.

Poids des larves

Butinage du pollen et réponse aux sucres

Mélange des esters

Pankiw et al., 1998, 2001

Effets phéromonaux incitateurs des esters

• operculation des cellules : PM, OM, LM, LNM

• reconnaissance de l’âge des larves : différences de proportions

des esters

• reconnaissance des cellules royales : OM, LNM, LM

• nutrition des larves : PM, SM, LM

couvain

Niveau comportemental

Méchanismes de reconnaissance du couvain par les nourrices

Y a t-il une larve dans la salle ?

Age?Sexe?Caste?apparentés?

Quels besoins ?

nourritue?operculation?Thermorégulation

Niveau Physiologique

Développement des ovaires

Devéloppement des glandesHypopharyngiennes

Développement des Glandes Hypopharyngiennes

Ethyl Oleate and Methyl Palmitate

MOHAMMEDI et al., 1996 - C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la vie, 769-772.

Inhibition des ovaires des ouvrières

Ethyl Palmitate and Methyl Linolenate

MOHAMMEDI et al, 1998 - Naturwissenschaften, 85, 455-458.

Conclusion

Effets des esters

• Les larves manipulent les ouvrières adultes avec ces composés phéromonaux pour optimiser les soins que leur portent les adultes

• PM, OE, PE et LMN ont des effets incitateurs et modificateurs

Les esters sont sécrétés par les glandes salivaires des larves

LE CONTE et al., 2006 - Naturwissenschaften.

Division des tâches : Une clé dans la compréhension des régulation sociales

La colonie d’abeille

Les acteurs

Les ouvrières

Polyéthisme

AgeBases génétiquesPlasticitéModèle activateur-inhibiteur

Fin de la mue imaginale

Age de l’ouvrière

(jour)

10

15

20

25

30

0

35

5

Polyéthisme lié à l’âge

2. Soins à la reine et au couvain

3. Construction, nettoyage, transport et stockage

4. Garde et butinage

1. Nettoyage des cellules et operculation

Comportements:

1. Glandes hypopharyngiennes,

glandes mandibulaires

Glandes:

2. Glandes cirières

(adapté de Winston, 1987)

La colonie d’abeille

Les acteurs Les ouvrières d’intérieur

La colonie d’abeille

Les acteurs Les ouvrières d’extérieur

Gardienne

La colonie d’abeille

Les acteurs

Les ouvrièresbutineuses

Âge de 20 jours4-5 jours, 800 km

10

15

20

25

30

0

35

Plasticité du polyéthisme lié à l’âge

Ouvrièresdu nid

Accélération Retard

Age (jours)

Butineuses

Butineusesprécoces

Ouvrièresdu nid en âge de butiner

10

15

20

25

30

0

35

Ouvrièresdu nid

Accélération

Ouvrièresdu nid en âge de butiner

Retard

Butineuses redevenues ouvrières du nid

Inversion

Age de l’ouvrière

(jour)

Butineuses

Butineusesprécoces

Plasticité du polyéthisme lié à l’âge

Facteurs endogènes:

-hormonal

-génétiques

-neurobiologiques

Mécanismes de régulation du développement comportemental des ouvrières

Facteurs exogènes:

-comportement

-communication chimique

Hormone juvénile

Races géographiques

Octopamine

Danses de vibrations

Problématique

• Huang et Robinson et al. proposent une modèle pour expliquer la régulation du développement

comportemental chez l’abeille:

Activateur Inhibiteur

Hormone juvénile Signal chimique butineuses

Octopamine Phéromone mandibulaire de la reine

Phéromone de couvain

Problématique

• relation entre taux de d’hormone juvénile (HJ) et développement des glandes hypopharyngiennes des ouvrières :

• relation entre taux de d’hormone juvénile et la division des tâches (âge au butinage):

H J Glandes Hypopharygiennes

H J Développement Comportemental

Hypothèse

• relation entre phéromone de couvain, taux de d’hormone juvénile et développement comportemental des ouvrières.

Phéromone de couvain H Jâge au butinage

en accord avec la régulation du ratio nourrices / butineuses

Glandes Hypopharygiennes

Validation 1

• Effet des esters sur le taux d’HJ d’abeilles encagées en

conditions contrôlées

Validation 2

• Effets des esters sur le taux d’HJ et le développement

comportemental d’abeilles en conditions naturelles.

LE CONTE et al., 2001 –Proceedings of the Royal Society, London. B 268, 163-168

Deux phéromones modificatrices connues

Un troisième mécanisme inconnu

Développement comportemental

de l’ouvrière du nidinhibition

1. Reine(Pankiw et al., 1998)

http://zebulon1er.free.fr/abeill.htm

2. Couvain(Le Conte et al., 2001)

inhibition

3.Inhibiteur issu des butineuses

inhibition

les ouvrières âgées inhibent le développement comportemental des plus jeunes par interactions directes (Huang et Robinson, 1992; 1996; Schulz et al., 1998, Leoncini et al. 2004)

Inhibition exercée par les butineuses

inhibition de contact (Huang et Robinson, 1998)

=> hypothèses de transmission:-par les antennes-par léchage-par trophallaxie-par la cuticule

trophallaxie

Objectif : identifier l’inhibiteur issu des butineuses

Hypothèses:

-l’inhibition pourrait être provoquée par un comportement particulier.

-l’inhibition pourrait impliquer un message phéromonal.

2 approches:

recherche d’un extrait de butineuse actif dans l’inhibition sociale

Inhibition chimique?

comparaison des profils chimiques entre nourrices et butineuses

Objectif: molécules spécifiques de butineuses?

Oléate d’éthyle

Standard interne: cis-10-pentadécanoate

Nourrices

Oléate d’éthyle

Standard interne: cis-10-pentadécanoate

Butineuses

0

10

20

30

40

50

60

70

PM OM LM NM PE SE OEester d'acide gras

quan

tité

(ng/

abei

lle)

nourricesbutineuses

***

***

Nombre de répétitions: 5

*=p<0.05, **= p<0.01 et ***= p<0.001 test de Mann-Whitney

nucleus = ruchette expérimentale

Cadres dans le nucleus

Vide avec leurre de

phéromone royaleRempli de miel

Cadre avec abeilles

Collecte des butineuses

Collecte des nourrices

Etude du développement comportemental des ouvrières: Age au butinage

Age connu: J1 au début de l’expériencePhoto: A. et J. Six

Observation du premier butinage des 50 premières ouvrières marquées

Forte dose Faible dose Témoin

10 m 10 m

Nombre de répétitions: 8,

*** = p<0.001 (Analyse de variance)

ns = différence non significative

16

16,5

17

17,5

18

18,5

forte dose témoinDose d'OE

Age

moy

en d

u dé

but d

u bu

tinag

e(jo

ur+/

-ES

)

***

16

16,5

17

17,5

18

18,5

forte dose faible dose témoinDose d'OE

Age

moy

en d

u dé

but d

u bu

tinag

e(jo

ur+/

-ES

)

***

***ns

Nombre de répétitions: 8,

*** = p<0.001 (Analyse de variance)

ns = différence non significative

Résultats:

Conclusion:

-l’ajout d’oléate d’éthyle retarde le butinage des ouvrières par rapport aux témoins.

-pas d’effet de la dose sur l’âge au butinage

http://www.apiculture.com

OE da ns le s d iffé re nte s ré g ions du corps de s nourrice s e t de s butine use s

05

1015202530354045

tête thorax Jabot res te TD res te abdom en

Olé

ate

d'ét

hyle

(ng/

abei

lle) nourrices

butineus es**

Nombre de répétitions: 5

**=p<0.01 (test de Mann-Whitney)

Résultats

Localisation de l’oléate d’éthyle dans le corps des abeilles

Biosynthèses of OE par l’abeille ?Incorporation du C13Glucose

Honeycrop labelling 13C Glc de novo

data07 #2185-2191 RT : 23.53-23.58 AV: 7 SB: 6 23.41-23.45, 23.67 NL: 9.83E3T : + c Ful l ms [ 50.00-380.00]

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380m/z

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Rel

ativ

e A

bund

ance

55

67

83

9681

97

265

79 9895 26668

267

84264

56 69

2691119373 99

135109

12185137124 149 15257

125139 284108 247 270166 236 311223 250167

185 221 224180 310312251225194 271199 285220 315298273 335 366344294 357 373323

x3

R T : 2 1 . 3 1 - 2 3 . 8 5

2 1 . 4 2 1 . 6 2 1 . 8 2 2 . 0 2 2 . 2 2 2 . 4 2 2 . 6 2 2 . 8 2 3 . 0 2 3 . 2 2 3 . 4 2 3 . 6 2 3 . 8T i m e ( m i n )

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

1 0 0

Rel

ativ

e A

bund

ance

2 1 . 7 3

2 2 . 9 5

2 3 . 5 6

2 1 . 8 62 1 . 3 5 2 3 . 1 3 2 3 . 2 02 1 . 4 3 2 3 . 4 1 2 3 . 7 12 1 . 5 0 2 2 . 0 4 2 2 . 4 62 2 . 3 82 2 . 1 2 2 2 . 2 2

N L :2 . 8 1 E 6T I C M S d a t a 0 7

Leoncini et al. 2004, PNAS

Développementcomportemental

etphysiologique

Activateurs:

Hormone juvénileAmines biogènes?

Inhibiteurs

Variabilité génétique

Découverte d’une grande complexité des messages chimiques

EOEO EO

•Régulation de la division de tâches:

Plus compliqués que nous le pensions!

Phéromone et régulation socialePlusieurs fonctionsPlusieurs sites de production

Effets incitateurs

Effets modificateurs

Reconnaissance des larves

Comportement de cour

MO

Operculation des cellules EO

Keeling et al., 2003, PNASLeoncini et al. 2004, PNAS

reine

ouvrières

couvainReconnaissance des

larves, Dévelopment de ovaires

et des glandeshypopharyngiennes

Comportement de courInhibition des ovaires

Slessor et al ’90’s

LeConte et al, ’90’s

?

Sémantique !Multi-fonctionsMulti-sites de production

Effets incitateurs

Reconnaissance des larves

EO

Effets modificateurs

Phéromone Coloniale

Produite par plusieurs castes ou à différentes étapes du développement et ayant des effets incitateurs et modificateurs.

EO

Comportement de cour

X

Phéromone passengère

Slessor, Winston et Le Conte, 2005, J. Ch. Ecol.

Effets modificateurs

Sémantique !

EO

Comportement de cour

Slessor, Winston et Le Conte, 2005, J. Ch. Ecol.

Substances transmises dans un complexe phéromonal, inactives dans le processus de transmission, et qui induit une réponse modificatrice aux individus qui la reçoivent

Effets modificateurs

Phéromone passengère

Abeille et Science

Un des modèles les plus intéressants pour l’étude de l’écologie chimique et de la socialité!

Apis mellifera nous montre richesse et complexité de son languagephéromonal

Phéromones modificatrices

Photo: Zachary Huang

Exemple :

• Phéromones modificatrices =>

– Expression génique et division du travail

Whitfield et al, Science 2003 Grosinger et al, PNAS, 2005

Effets de la QMP

Example :• Effets de la phéromone de couvain sur l’expression

génique des adultes.O

OMe

O

OMe

O

OMe

O

OMe

O

OMe

O

OEt

O

OEt

O

OEt

O

OEt

O

OEt

Palmitate de méthyle

Stéarate de méthyle

Oléate de méthyle

Linoléate de méthyle

Linolénate de méthyle

Palmitate d'éthyle

Stéarate d'éthyle

Oléate d'éthyle

Linoléate d'éthyle

Linolénate d'éthyle

Abeille et Science

Un des modèles les plus intéressants pour l’étude de l’écologie chimique et de la socialité!

Génomique et génome séquencé

Merci de votreattention !