New Insights into Honey Bee (Apis mellifera) Pheromone Communication. Is the Queen Mandibular Pheromone Alone in Colony Regulation?

Background: In social insects, the queen is essential to the functioning and homeostasis of the colony. This influencehas been demonstrated to be mediated through pheromone communication. However, the only social insect forwhich any queen pheromone has been identified is the honey bee (Apis mellifera) with its well-known queenmandibular pheromone (QMP). Although pleiotropic effects on colony regulation are accredited to the QMP, thispheromone does not trigger the full behavioral and physiological response observed in the presence of the queen,suggesting the presence of additional compounds. We tested the hypothesis of a pheromone redundancy in honeybee queens by comparing the influence of queens with and without mandibular glands on worker behavior andphysiology.Results: Demandibulated queens had no detectable (E)-9-oxodec-2-enoic acid (9-ODA), the major compound in QMP,yet they controlled worker behavior (cell construction and queen retinue) and physiology (ovary inhibition) asefficiently as intact queens.Conclusions: We demonstrated that the queen uses other pheromones as powerful as QMP to control the colony. Itfollows that queens appear to have multiple active compounds with similar functions in the colony (pheromoneredundancy). Our findings support two hypotheses in the biology of social insects: (1) that multiple semiochemicalswith synonymous meaning exist in the honey bee, (2) that this extensive semiochemical vocabulary exists because itconfers an evolutionary advantage to the colony

New insights into honey bee (Apis mellifera) pheromone communication. Is the queen mandibular pheromone alone in colony regulation?

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>In social insects, the queen is essential to the functioning and homeostasis of the colony. This influence has been demonstrated to be mediated through pheromone communication. However, the only social insect for which any queen pheromone has been identified is the honey bee (<it>Apis mellifera</it>) with its well-known queen mandibular pheromone (QMP). Although pleiotropic effects on colony regulation are accredited to the QMP, this pheromone does not trigger the full behavioral and physiological response observed in the presence of the queen, suggesting the presence of additional compounds. We tested the hypothesis of a pheromone redundancy in honey bee queens by comparing the influence of queens with and without mandibular glands on worker behavior and physiology.</p> <p>Results</p> <p>Demandibulated queens had no detectable (E)-9-oxodec-2-enoic acid (9-ODA), the major compound in QMP, yet they controlled worker behavior (cell construction and queen retinue) and physiology (ovary inhibition) as efficiently as intact queens.</p> <p>Conclusions</p> <p>We demonstrated that the queen uses other pheromones as powerful as QMP to control the colony. It follows that queens appear to have multiple active compounds with similar functions in the colony (pheromone redundancy). Our findings support two hypotheses in the biology of social insects: (1) that multiple semiochemicals with synonymous meaning exist in the honey bee, (2) that this extensive semiochemical vocabulary exists because it confers an evolutionary advantage to the colony.</p

E-β-Ocimene, a Volatile Brood Pheromone Involved in Social Regulation in the Honey Bee Colony (Apis mellifera)

Background: In honey bee colony, the brood is able to manipulate and chemically control the workers in order to sustain their own development. A brood ester pheromone produced primarily by old larvae (4 and 5 days old larvae) was first identified as acting as a contact pheromone with specific effects on nurses in the colony. More recently a new volatile brood pheromone has been identified: E-β-ocimene, which partially inhibits ovary development in workers. [br/] Methodology and Principal Finding: Our analysis of E-β-ocimene production revealed that young brood (newly hatched to 3 days old) produce the highest quantity of E-b-ocimene relative to their body weight. By testing the potential action of this molecule as a non-specific larval signal, due to its high volatility in the colony, we demonstrated that in the presence of E-β-ocimene nest workers start to forage earlier in life, as seen in the presence of real brood. [br/] Conclusions/Significance: In this way, young larvae are able to assign precedence to the task of foraging by workers in order to increase food stores for their own development. Thus, in the complexity of honey bee chemical communication, E-β- ocimene, a pheromone of young larvae, provides the brood with the means to express their nutritional needs to the workers

Chemical communication and social regulation in the honey bees colony (apis mellifera L.)

In the honeybee colony (Apis mellifera L.) studies of the chemical communication are essential to understand social regulations. In the honey bee colony more than 50 chemical substances with releaser and primer effects have been identified. Despite years of research on this type of communication, significant work remains to be done.In this thesis, the aim is to characterize the dynamics of a major pheromone: ethyl oleate (EO), which optimizes the balance between nurses and foragers in the colony. In addition, we initiated research on the queen and brood chemical communication in which only two pheromones have been identified in the colony.We have demonstrated that EO production by workers varies under different colony environment. EO production can also be modified by stress; honey bees parasitized by the Nosema spp. have abnormally high EO production. In addition, we identified that EO is transmitted from foragers to nurses by contact (cuticle and pollen).For the queen, our results indicate that the queen uses multiple redundant pheromones (QMP and other unknown compounds), that affect wax construction, retinue behaviour and worker ovary inhibition.For the brood we have identified a volatile pheromone E-ß-ocimene produced mostly by the young larvae to inhibit the development of workers ovaries and accelerate workers'behavioural maturation.With these studies we clarify some aspects of what is known about chemical communication in the honey bee colony. Then we try to explain the role of complexity and redundancy of pheromones in the honey bee colony by two theoriesLa colonie d'abeille (Apis mellifera L.) est une société complexe où les individus interagissent entre eux, notamment par le biais de phéromones. L'étude de cette communication chimique est indispensable à la compréhension des régulations sociales mises en place dans la colonie. Chez l'abeille, plus de 50 substances chimiques avec des effets incitateurs ou modificateurs sur la colonie ont été identifiées. Malgré ces découvertes, de nombreux travaux sont à accomplir pour mieux comprendre ce système de communication particulier.La problématique de cette thèse vise à caractériser l'histoire de vie d'une phéromone majeure l'Oléate d'Ethyle (EO), qui permet d'optimiser l'équilibre nourrices / butineuses dans la colonie. Parallèlement, d'autres recherches ont été entreprises, notamment l'étude de la communication chimique de la reine et du couvain, chez qui seulement deux phéromones ont été identifiées avec des effets pléiotropiques dans la colonie.Nos résultats ont mis en évidence une production variable d'EO par les ouvrières, en fonction de l'environnement de la colonie. La production de cette molécule chimique dans la colonie peut également être modifiée par un stress : des abeilles parasitées par du Nosema spp. ont une production anormalement élevée d'EO. En outre, cette molécule phéromonale est transmise des butineuses vers les nourrices par contact cuticulaire et par le pollen.Pour la compréhension de la communication entre la reine et les ouvrières, nos résultats montrent que la reine utilise d'autres composés phéromonaux puissant en redondance de la QMP pour orienter la construction de cire, le phénomène de cour et l'inhibition des ovaires des ouvrières.Chez le couvain, nous avons identifié un composé phéromonal volatil, le E-ß-ocimène, produit majoritairement par les jeunes larves, inhibant le développement des ovaires des ouvrières et accélérant leur maturation comportementale.Ces études nous ont permis d'avoir une connaissance plus précise de la communication chimique au sein de la colonie. Ainsi nous expliquons par deux théories le rôle de la complexité et de la redondance phéromonale de la colonie d'abeille

Communication chimique et régulations sociales dans la colonie d’abeilles (apis mellifera L.)

In the honeybee colony (Apis mellifera L.) studies of the chemical communication are essential to understand social regulations. In the honey bee colony more than 50 chemical substances with releaser and primer effects have been identified. Despite years of research on this type of communication, significant work remains to be done.In this thesis, the aim is to characterize the dynamics of a major pheromone: ethyl oleate (EO), which optimizes the balance between nurses and foragers in the colony. In addition, we initiated research on the queen and brood chemical communication in which only two pheromones have been identified in the colony.We have demonstrated that EO production by workers varies under different colony environment. EO production can also be modified by stress; honey bees parasitized by the Nosema spp. have abnormally high EO production. In addition, we identified that EO is transmitted from foragers to nurses by contact (cuticle and pollen).For the queen, our results indicate that the queen uses multiple redundant pheromones (QMP and other unknown compounds), that affect wax construction, retinue behaviour and worker ovary inhibition.For the brood we have identified a volatile pheromone E-ß-ocimene produced mostly by the young larvae to inhibit the development of workers ovaries and accelerate workers’behavioural maturation.With these studies we clarify some aspects of what is known about chemical communication in the honey bee colony. Then we try to explain the role of complexity and redundancy of pheromones in the honey bee colony by two theoriesLa colonie d’abeille (Apis mellifera L.) est une société complexe où les individus interagissent entre eux, notamment par le biais de phéromones. L’étude de cette communication chimique est indispensable à la compréhension des régulations sociales mises en place dans la colonie. Chez l’abeille, plus de 50 substances chimiques avec des effets incitateurs ou modificateurs sur la colonie ont été identifiées. Malgré ces découvertes, de nombreux travaux sont à accomplir pour mieux comprendre ce système de communication particulier.La problématique de cette thèse vise à caractériser l’histoire de vie d’une phéromone majeure l’Oléate d’Ethyle (EO), qui permet d’optimiser l’équilibre nourrices / butineuses dans la colonie. Parallèlement, d’autres recherches ont été entreprises, notamment l’étude de la communication chimique de la reine et du couvain, chez qui seulement deux phéromones ont été identifiées avec des effets pléiotropiques dans la colonie.Nos résultats ont mis en évidence une production variable d’EO par les ouvrières, en fonction de l’environnement de la colonie. La production de cette molécule chimique dans la colonie peut également être modifiée par un stress : des abeilles parasitées par du Nosema spp. ont une production anormalement élevée d’EO. En outre, cette molécule phéromonale est transmise des butineuses vers les nourrices par contact cuticulaire et par le pollen.Pour la compréhension de la communication entre la reine et les ouvrières, nos résultats montrent que la reine utilise d’autres composés phéromonaux puissant en redondance de la QMP pour orienter la construction de cire, le phénomène de cour et l’inhibition des ovaires des ouvrières.Chez le couvain, nous avons identifié un composé phéromonal volatil, le E-ß-ocimène, produit majoritairement par les jeunes larves, inhibant le développement des ovaires des ouvrières et accélérant leur maturation comportementale.Ces études nous ont permis d’avoir une connaissance plus précise de la communication chimique au sein de la colonie. Ainsi nous expliquons par deux théories le rôle de la complexité et de la redondance phéromonale de la colonie d’abeille

More Worker Capped Brood and Honey Bees with Less Varroa Load Are Simple Precursors of Colony Productivity at Beekeepers’ Disposal: An Extensive Longitudinal Survey

International audienceIn response to the concerns of beekeepers on the decline of honey bee populations on lavender honey flow in the lavender fields of southeast France and the consequent decrease of honey production, our long-term survey (2009–2021) monitored the total weight gain collected by these colonies. This study shows the variations in the total weight gain according to regions, years, populations structure (bee number and quantity of capped brood) and Varroa load. Among these factors, years and regions support one third of the variations over this 13-year survey. At the beginning of the honey flow, capped brood is more important than the number of bees, whereas Varroa load severely limits the performance of the colonies. A threshold of 3 mites/100 bees seems to reflect the upper limit of the Varroa load below which the total weight gain is not affected. This survey provides useful information for the beekeepers to better prepare the colonies for this honey flow and allows them to compare their results obtained with our general description of the total weight gains by year

Communication chimique et régulations sociales dans la colonie d'abeilles (apis mellifera L.)

La colonie d abeille (Apis mellifera L.) est une société complexe où les individus interagissent entre eux, notamment par le biais de phéromones. L étude de cette communication chimique est indispensable à la compréhension des régulations sociales mises en place dans la colonie. Chez l abeille, plus de 50 substances chimiques avec des effets incitateurs ou modificateurs sur la colonie ont été identifiées. Malgré ces découvertes, de nombreux travaux sont à accomplir pour mieux comprendre ce système de communication particulier.La problématique de cette thèse vise à caractériser l histoire de vie d une phéromone majeure l Oléate d Ethyle (EO), qui permet d optimiser l équilibre nourrices / butineuses dans la colonie. Parallèlement, d autres recherches ont été entreprises, notamment l étude de la communication chimique de la reine et du couvain, chez qui seulement deux phéromones ont été identifiées avec des effets pléiotropiques dans la colonie.Nos résultats ont mis en évidence une production variable d EO par les ouvrières, en fonction de l environnement de la colonie. La production de cette molécule chimique dans la colonie peut également être modifiée par un stress : des abeilles parasitées par du Nosema spp. ont une production anormalement élevée d EO. En outre, cette molécule phéromonale est transmise des butineuses vers les nourrices par contact cuticulaire et par le pollen.Pour la compréhension de la communication entre la reine et les ouvrières, nos résultats montrent que la reine utilise d autres composés phéromonaux puissant en redondance de la QMP pour orienter la construction de cire, le phénomène de cour et l inhibition des ovaires des ouvrières.Chez le couvain, nous avons identifié un composé phéromonal volatil, le E-ß-ocimène, produit majoritairement par les jeunes larves, inhibant le développement des ovaires des ouvrières et accélérant leur maturation comportementale.Ces études nous ont permis d avoir une connaissance plus précise de la communication chimique au sein de la colonie. Ainsi nous expliquons par deux théories le rôle de la complexité et de la redondance phéromonale de la colonie d abeillesIn the honeybee colony (Apis mellifera L.) studies of the chemical communication are essential to understand social regulations. In the honey bee colony more than 50 chemical substances with releaser and primer effects have been identified. Despite years of research on this type of communication, significant work remains to be done.In this thesis, the aim is to characterize the dynamics of a major pheromone: ethyl oleate (EO), which optimizes the balance between nurses and foragers in the colony. In addition, we initiated research on the queen and brood chemical communication in which only two pheromones have been identified in the colony.We have demonstrated that EO production by workers varies under different colony environment. EO production can also be modified by stress; honey bees parasitized by the Nosema spp. have abnormally high EO production. In addition, we identified that EO is transmitted from foragers to nurses by contact (cuticle and pollen).For the queen, our results indicate that the queen uses multiple redundant pheromones (QMP and other unknown compounds), that affect wax construction, retinue behaviour and worker ovary inhibition.For the brood we have identified a volatile pheromone E-ß-ocimene produced mostly by the young larvae to inhibit the development of workers ovaries and accelerate workers behavioural maturation.With these studies we clarify some aspects of what is known about chemical communication in the honey bee colony. Then we try to explain the role of complexity and redundancy of pheromones in the honey bee colony by two theoriesAVIGNON-Bib. numérique (840079901) / SudocSudocFranceF

Rapport préliminaire sur les changements physiologiques des abeilles avant et après la saison de la lavande hybride - une comparaison des colonies ayant une forte et une faible prise de poids

International audienceAbstractPollinators foraging on monocultures like hybrid lavender are suspected to suffer physiological stress. We used biomarkers to assess changes in honeybee physiology pre- and post-hybrid lavender season, in high and low weight gain colonies. We observed post-season increased levels of enzymes involved in antioxidant defenses: catalase, superoxide dismutase, and glutathione peroxidase; increased levels of acetylcholinesterase, a biomarker of neural transmission; and decreased levels of alkaline phosphatase associated with the loss of midgut homeostasis. Compared to low weight gain colonies, high weight gain colonies showed lower levels of almost all analyzed biomarkers. We discuss the environmental and beekeeping factors likely underlying observed changes for which cause and effect remain to be established

Performances des colonies vues par les observatoires de ruchers

Le déclin des abeilles sauvages ou domestiques est un champ de controverse que les recherches doivent nourrir en proposant une articulation entre sciences et société. Une des difficultés majeures de la description des dysfonctionnements des colonies d’abeilles est la grande variabilité afférente aux différents paramètres décrivant l’état et le fonctionnement des colonies. L’observatoire de la miellée sur Lavandes est une méthode pour prendre en compte cette variabilité en situation réelle. Pour se faire, l’observatoire sur Lavandes se fonde sur le suivi de 300 à 600 colonies par an (24 ruchers, 14 à 29 colonies par rucher) pendant 8 années (2009-2016). Ces ruchers sont des ruchers d’apiculteurs en situation de production. Le gain de poids (« GP ») est la variable d’intérêt qui a été définie pour décrire le fonctionnement des colonies. Cette variable a été étudiée dans le cadre d’un modèle général qui s’écrit : Gain de poids ~ fonction (Ressources + Population + Etat sanitaire + variabilité) La dimension de cet observatoire permet d’absorber la variabilité des performances des colonies (= « GP ») et de rechercher quels sont les facteurs qui gouvernent les variations annuelles, régionales ou locales de cette performance, avec un focus particulier sur les paramètres qui sont sous le contrôle de l’apiculteur. Une fois la variation entre régions, années et ruchers, décrite, la description de la structure de la population des colonies met en évidence le rôle essentiel de la quantité de couvain operculé et ouvert à l’installation des colonies sur la miellée. Elle montre aussi le caractère pénalisant pour la performance d’un trop grand nombre d’abeilles et de l’espace occupé par les réserves. Cette analyse conclue que la performance des colonies est sous la dépendance d’une stratégie des colonies : « dynamique » ou « conservative ». Le facteur sanitaire le plus important, pénalisant la performance, est la charge en varroas. Un seuil critique, dans le cadre de ces observations, est défini. En outre, l’observatoire a permis d’étudier la diversité de l’exposition aux pesticides, par l’analyse des pollens récoltés par les colonies sur Lavandes, pendant trois années. Une expérience de transhumance dans des conditions d’exposition contrastées met en évidence la complexité de la réponse de la performance à cette exposition. A. Kretzschmar et al. 82 Innovations Agronomiques 53 (2016), 81-93 Et le rôle spécifique des cocktails de pesticides rencontrés dans les pollens observés sur l’observatoire est aussi décrit par la réponse des larves en développement. Enfin, l’observatoire met en ligne ses résultats à l’adresse des apiculteurs.The decline of wild or domestic bees is a field of controversy that research must nurture by proposing a link between science and society. One of the major difficulties in the description of dysfunctions of bee colonies is the great variability related to the various parameters describing the state and operation of the colonies. The Observatory of the honeydew on Lavander is a method to take account of this variability in real situation. To do this, the observatory on Lavander is based on the monitoring of 300 to 600 colonies per year (24 apiaries, 14 to 29 colonies per apiary) for 8 years (2009-2016). These apiaries belong to professional beekeepers. Weight gain ("GP") is the variable of interest that has been defined to describe the functioning of colonies. This variable was studied in the framework of a general model which is written: Weight gain ~ function (Resources + Population + Health status + variability) The size of this observatory makes it possible to absorb the variability of the performances of the colonies (= «GP») and to investigate the factors that govern the annual, regional or local variations of this performance, with a particular focus on the parameters that are under the control of the beekeeper. Once the variation between regions, years and apiaries is described, the description of the population structure of the colonies reveals the essential role of the quantity of capped and open brood to the establishment of colonies on the honeydew. It also shows the penalizing nature of the performance of too many bees and of the space occupied by the reserves. This analysis concludes that the performance of the colonies is dependent on a colonial strategy: "dynamic" or "conservative". The most important health factor, penalizing performance, is the load in varroas. A critical threshold for these observations is defined. In addition, the observatory studied the diversity of exposure to pesticides by analyzing the pollen harvested by the colonies on Lavander for three years. A transhumance experiment in contrasting pesticide exposure conditions highlights the complexity of the performance response to this exposure. And the specific role of pesticide cocktails encountered in pollens observed on the observatory is also described by the response of developing larvae

Correction to: Preliminary report of honeybee physiological changes pre- and post-hybrid lavender season in high and low weight gain colonies

International audienceA Correction to this paper has been published: https://doi.org/10.1007/s13592-021-00849-