Projet ANR-13-BSV7-0010 – BEE-CHANNELS : Sensibilité des canaux sodiques et calciques de l'abeille envers les pyrethrinoïdes: aspects moléculaires et conséquences sur le comportement de butinage.
Programme : Blanc - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc SVSE 7)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Christophe Sandoz (Laboratoire Evolution Génomes Spéciation)
Partenaires : Centre de Recherche en Biologie Cellulaire de Montpellier; Abeilles et Environnement; Évolution, Génomes, Comportement et Écologie; Laval University Laval University
Montant : 512402.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Effet des insecticides pyréthrinoïdes sur le comportement des abeillesDans ce projet intégratif, nous analysons le rôle des canaux sodiques et calciques sur la physiologie et le comportement des abeilles (locomotion, perception olfactive, orientation, apprentissage et mémoire) afin de comprendre la sensibilité de cet insecte à des doses sublétales de pyréthrinoïdes.
Des insecticides très répandus mais aux actions sur les abeilles mal connuesLa sensibilité des abeilles envers les insecticides est impliquée dans les nombreuses pertes de colonies mesurées actuellement. Les pyréthrinoïdes, insecticides les plus couramment utilisés, agissent sur les canaux sodiques et calciques voltage-dépendants, acteurs clés de l'excitabilité neuronale et musculaire. Le projet porte sur le rôle de ces canaux dans la physiologie et le comportement des abeilles et dans leur sensibilité à des doses sublétales de pyréthrinoïdes.
Etude intégrative : des canaux sodiques et calciques au comportement de butinageCe projet intégratif réunit 4 partenaires aux expertises complémentaires en apidologie, neurophysiologie comportementale et cellulaire, toxicologie, clonage moléculaire et électrophysiologie. Il vise à améliorer notre compréhension de la neurobiologie des fonctions sensorielles et cognitives des abeilles et de clarifier les effets sublétaux des pyréthrinoïdes sur ces processus. Il fournira de plus des outils de dépistage de la toxicité des produits phytosanitaires sur les canaux sodiques et calciques.
Résumé de la soumission : L’importance cruciale de l’activité pollinisatrice de l’abeille domestique est menacée par un accroissement inquiétant des mortalités que subissent les colonies d’abeilles ces dernières années. Parmi les facteurs qui affectent la santé des colonies, la sensibilité des abeilles à des doses sublétales d’insecticides, touchant l’olfaction, l’apprentissage, la mémoire et les fonctions motrices a été mise en avant. La toxicité aigüe de la classe d’insecticides la plus utilisée, les pyréthrinoïdes, passe principalement par des effets sur les canaux sodiques dépendant du voltage. Cependant, il est clair maintenant que les canaux calciques dépendant du voltage sont aussi atteints. Ces canaux sont des acteurs clé de l’excitabilité neuronale et musculaire et sont impliqués dans la locomotion, la traitement sensoriel, l’apprentissage et la mémoire aussi bien chez les vertébrés que chez les invertébrés. De nombreux indices suggèrent qu’ils pourraient être impliqués directement dans la toxicité des faibles doses d’insecticide. Etonnamment, les propriétés biophysiques et pharmacologiques et les régulations des canaux sodiques et calciques sont peu étudiées chez l’abeille. De plus, leur composition en sous-unités et leur identité moléculaire dans les tissus potentiellement touchés par les insecticides sont complètement inconnue.Nous avons identifié les gènes codant pour les sous-unités (SU) formant les pores des canaux sodique (2 gènes) et calciques (3 gènes) dans les bases de données génomiques sur l’abeille. Cinq gènes codant pour des SU régulatrices du canal sodique et 4 codant pour des SU régulatrices du canal calcique ont aussi été identifiés. Nos données préliminaires de clonage (pour toutes ces sous-unités) et d’expression (pour 1 SU régulatrice) suggèrent une composition en acides-aminés et des propriétés biophysiques et pharmacologiques spécifiques à l’abeille.Dans ce projet intégratif, nous proposons d’analyser le rôle de ces canaux dans la physiologie et le comportement de l’abeille (locomotion, perception, apprentissage et mémoire olfactifs) et dans sa sensibilité sublétale aux pyréthrinoïdes. • L’axe 1 caractérisera les effets de doses sublétales des pyréthrinoïdes (types I et II) sur l’abeille. Après avoir précisé les doses sublétales sur les abeilles, nous caractériserons leurs effets sur les courants sodiques et calciques des cellules musculaires et des neurones de l’abeille in vitro, comme leur effet et leur dépendance envers l’homéostasie calcique. Nous analyserons aussi leurs effets sur l’expression génique.• L’axe 2 est centré sur la caractérisation moléculaire de ces canaux Na+ et Ca2+. Nous définierons les profils d’expression, les propriétés biophysiques et la sensibilité de ces SU aux pyréthrinoïdes en système d’expression hétérologue. Leurs rôles dans les influx sodiques et calciques des cellules musculaires et des neurones seront appréciés par l’utilisation de siRNA et d’anticorps spécifiques. Des lignées cellulaires exprimant les SU retrouvées dans ces cellules seront produites pour servir d’outil de criblage toxicologique.• L’axe 3 analysera le rôle des SU des canaux Na+ et Ca2+ dans les processus perceptifs, cognitifs et moteurs afin de comprendre la toxicité sublétales des Pyr. Nous déterminerons l’impact de siRNA contre les SU et de doses sublétales de pyréthrinoïdes  sur le traitement sensoriel, l’apprentissage et la mémoire olfactifs, ainsi que sur le comportement de butinage en vol libre. Ce projet intégratif regroupe 4 partenaires avec des expertises complémentaires en apidologie, neurophysiologie comportementale de l’abeille, toxicologie, électrophysiologie moléculaire et cellulaire, clonage et expression hétérologue. Il apportera des connaissances approfondies sur la neurophysiologie de l’abeille et les cibles et les mécanismes de la toxicité aigue et chronique des Pyr. Il fournira également des outils de criblage permettant d’évaluer la toxicité des produits phytosanitaires envers ces canaux.
Résultats : Nous avons identifié dans le génome de l’abeille les gènes de sous-unités formant les pores de canaux voltage-dépendants sodiques (1 gène? et calciques (3 gènes), ainsi que respectivement cinq et quatre gènes de sous-unités régulatrices de ces canaux. Toutes ces sous-unités ont été clonées,  intégrées à des vecteurs d’expression et exprimées en système hétérologue. Les motifs d’expression tissulaire ont été déterminés au cours du développement de l’abeille, de la larve à l’adulte. Les effets électrophysiologiques de trois pyréthrinoïdes ont été étudiés sur les neurones d’abeilles en culture, et des effets différentiels de ces insecticides ont été observés sur les courants sodiques, en particulier sur leurs cinétiques d’inactivation et de déactivation. Au plan comportemental, des doses sublétales des trois pyréthrinoïdes ont induit des effets délétères sur l’activité locomotrice des abeilles. Des doses encore plus faibles ont provoqué un ralentissement de l’apprentissage non-associatif.
Perspectives : Actuellement, nous entamons la caractérisation des propriétés biophysiques et pharmacologiques des canaux calciques musculaires ainsi que l’étude de l’expression génique chez les abeilles exposées ou non à des pyréthrinoïdes. L’étude des effets sublétaux des pyréthrinoïdes sur le comportement des abeilles va se poursuivre par une analyse de la perception et de l’apprentissage olfactif. De plus, des expériences en conditions semi-naturelles vont mesurer les effets des pyréthrinoïdes sur l’activité de butinage. Dans le contexte du moratoire sur certains insecticides, les pyréthrinoïdes pourraient représenter des produits de remplacement attractifs et ainsi voir leur utilisation augmenter. Les résultats déjà obtenus dans le projet montrent clairement que ces insecticides ont des effets sublétaux non-négligeables sur des fonctions importantes comme la locomotion et l’apprentissage. Ces éléments doivent être pris en compte dans le contexte d’un usage raisonné de ces produits.
Publications et brevets : Le projet a déjà donné lieu à 3 publications dans des revues internationales à comité de lecture et de nouveaux manuscrits sont actuellement soumis ou en cours de préparation. Deux brevets internationaux concernant l'utilisation des canaux calciques et sodique d’abeille ont été déposés.