Barcoding et bioindication : développement du metabarcoding des diatomées pour l'évaluation de la qualité des cours d'eau

Les diatomees sont des algues unicellulaires microscopiques qui sont d’excellents indicateurs de l’etat ecologique du milieu dans lequel elles se trouvent. Dans le cadre de la Directive Cadre sur l’Eau (DCE), les communautes de diatomees sont utilisees pour evaluer la qualite des cours d’eau. Pour cela, des indices de qualite bases sur la sensibilite des especes a la pollution sont calcules a partir de la composition et de l’abondance relative des taxa de diatomees. L’identification des especes est generalement realisee au microscope, ce qui, en plus d’etre complexe, peut etre assez long et couteux lorsqu’il s’agit de traiter de nombreux echantillons. Une nouvelle methode developpee recemment permet d’identifier les especes, non plus sur la base de leur variabilite morphologique, mais sur la base de leur variabilite genetique en utilisant de courtes sequences ADN (ou barcodes ADN). Combinee aux technologies de sequencage a haut debit, cette approche moleculaire, appelee metabarcoding, permet d’identifier l’ensemble des especes presentes au sein d’un echantillon environnemental et de traiter plusieurs centaines d’echantillons en parallele. Ces avantages font du metabarcoding une alternative a la methode d’identification morphologique, interessante dans le cadre de la DCE. Bien que plusieurs etudes aient montre la capacite de cette approche a identifier correctement les especes de diatomees retrouvees dans des echantillons environnementaux, le manque de fiabilite dans la quantification des abondances relatives des especes limite le calcul d’indices fiable et l’utilisation du metabarcoding comme outil pour la bioindication. Les objectifs de ce travail de these ont donc ete (i) d’identifier et d’optimiser les biais impactant la quantification relative des diatomees en metabarcoding ; (ii) d’appliquer l’approche moleculaire a large echelle, sur des echantillons environnementaux de reseaux de cours d’eau afin de comparer les evaluations de qualite obtenues par les approches morphologique et moleculaire. Dans un premier temps, nous avons evalue les biais de quantification lies a l’extraction de l’ADN sur des cultures pures de diatomees et des echantillons environnementaux. Bien que le choix de la methode d’extraction affecte la qualite et la quantite des ADN extraits, ainsi que les abondances relatives de certaines especes obtenues en metabarcoding, la composition de la communaute ainsi que les notes de qualites ne sont pas significativement affectees. Nous avons donc decide d’utiliser pour la suite des travaux la methode GenElute qui produit les plus grandes quantites d’ADN pour un moindre cout. Dans un deuxieme temps, grâce a des experiences de qPCR realisees sur des cultures pures de diatomees, nous avons montre que le nombre de copies du gene rbcL (utilise comme barcode ADN) est proportionnel au biovolume des cellules, ce qui a pour consequence une surestimation des especes a gros biovolumes en metabarcoding. A partir de cette correlation, un facteur de correction a ete propose et applique sur les donnees de metabarcoding issues de communautes artificielles et d’echantillons environnementaux, permettant d’obtenir des abondances relatives d’especes comparables a celles obtenues en microscopie et d’ameliorer la fiabilite des notes de qualite. Finalement, l’application de l’approche moleculaire a l’echelle des reseaux DCE de surveillance des cours d’eau de Mayotte et de France metropolitaine a permis de montrer que le metabarcoding est une alternative plus rapide et plus economique que l’approche morphologique, tout en permettant une bonne evaluation de la qualite des cours d’eau. Nos travaux confirment que l’approche moleculaire peut etre utilisee pour evaluer la qualite des cours d’eau. Cependant d’autres etudes devront etre realisees avant d’envisager une application en routine et une implementation dans la DCE, notamment en termes de standardisation et de normalisation des methodes utilisees dans l’approche moleculaire.