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Utilisation des codes-barres génétiques pour l'évaluation de la qualité biologique des sédiments
La qualité des sédiments des lacs et cours d'eau peut être évaluée en étudiant la composition des communautés d’oligochètes présents in situ. Le recours au séquençage à haut débit permet une détermination fiable des oligochètes et rend la méthode de bioindication accessible.
Les sédiments constituent un compartiment important des écosystèmes aquatiques. Ils représentent l’habitat d’une grande variété d’organismes se trouvant à la base de la chaîne alimentaire et ont la propriété de stocker de nombreux polluants. Ceux-ci peuvent être remobilisés et rejoindre la colonne d’eau. La qualité des sédiments est donc régulièrement suivie dans plusieurs cantons. Cette surveillance s'effectue en général par le biais d'analyses chimiques mais il est important de les compléter avec des analyses biologiques, seules à même d’apporter des informations sur la biodisponibilité et la toxicité des polluants contenus dans les sédiments. Les vers oligochètes ont été décrits comme de bons bioindicateurs. Des indices Oligochètes ont été développés pour apprécier la qualité biologique des sédiments des cours d'eau et des lacs. Ces indices sont calculés à partir de la présence/absence des taxons d'oligochètes et de l'abondance des individus de chaque taxon.
Des codes-barres génétiques pour les oligochètes de Suisse
La détermination des oligochètes à l’espèce à l’aide d’un microscope requiert une expertise et n'est possible que pour une fraction des spécimens présents dans un échantillon. L'identification d’un organisme à l’aide d’outils moléculaires consiste à extraire de l’ADN de l’organisme et à séquencer une courte séquence d'ADN, appelée code-barre génétique, qui est similaire ou très proche entre les individus d'une même espèce. La séquence d'ADN obtenue est ensuite comparée aux séquences d'une base de données de référence, ce qui permet de connaître l’espèce à laquelle l’organisme appartient. Le Centre Ecotox établit actuellement une base de données de référence de codes-barres génétiques des espèces d'oligochètes aquatiques présentes en Suisse.
Séquençage à haut débit d'individus marqués
Les approches de metabarcoding consistant à séquencer tous les organismes présents dans un échantillon environnemental ou dans un mélange de spécimens ne fournissent pas d'informations fiables sur l'abondance des individus de chaque espèce présente dans un échantillon. Par conséquent, le Centre Ecotox a développé une approche basée sur le séquençage à haut débit d'échantillons d'oligochètes préalablement marqués génétiquement lors d’amplifications d’ADN. Comme l'explique Régis Vivien, responsable du projet : « Cette méthode permet de connaître de manière précise et fiable le pourcentage de chaque espèce présente dans un échantillon. Mais elle n'est applicable en routine que si le nombre de spécimens à analyser par site n'est pas trop élevé, de l'ordre de 50 tout au plus. » À titre de comparaison, la méthode morphologique requiert l’identification de 100 individus par site. Pour tester l’applicabilité de la méthode génétique et la fiabilité des résultats obtenus, Régis Vivien et son équipe ont appliqué en parallèle les approches moléculaire et morphologique sur 13 sites de cours d'eau et 7 sites du lac Léman.
L’identification moléculaire de seulement 33 individus par site est suffisante
Les biologistes ont déterminé, par site, 33 ou 66 individus génétiquement et 100 morphologiquement et calculé les indices Oligochètes. Les résultats ont montré une bonne concordance entre les deux approches. Il s'est également avéré que l'analyse génétique de 33 individus par site fournissait déjà suffisamment d'informations pour apprécier la qualité biologique des sédiments. Malgré un nombre d'individus analysés nettement inférieur, l’approche moléculaire a permis d'identifier globalement autant de taxons que l'approche morphologique. Ceci s'explique par le fait que l'analyse génétique permet de déterminer à l’espèce les individus difficilement ou non identifiables morphologiquement. Le séquençage à haut débit d'un petit nombre d'individus marqués est donc une méthode adéquate pour déterminer la diversité des oligochètes et le nombre d’individus par espèce et, par conséquent, pour évaluer la qualité biologique des sédiments. Régis Vivien s'en réjouit : « Une nouvelle approche très prometteuse pour les analyses de routine à venir ! »
Pour en savoir plus
Vivien, R., Apothéloz-Perret-Gentil, L., Pawlowski, J., Werner, I., Lafont, M. & Ferrari, B.J.D. (2020) High-throughput DNA barcoding of oligochaetes for abundance-based indices to assess the biological quality of sediments in streams and lakes. Scientific Reports 10, 2041. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58703-2