La mesure de la biodiversité marine avec « l’ADN environnemental » – une application du séquençage des gènes à la biologie environnementale – devrait permettre une évaluation rapide des changements dans la vie marine. Cela fait de l’ADN environnemental (eDNA) un outil essentiel pour gérer notre réponse au changement climatique. Mais eDNA ne fonctionne bien que si les principales étapes de mise en œuvre sont suivies, selon une nouvelle étude de la région de Los Angeles et Long Beach publiée dans la revue PeerJ.
« Que devons-nous savoir pour utiliser l’eDNA dans l’océan côtier, et pouvons-nous le faire fonctionner correctement dans un environnement urbain important ? Ce sont les questions qui nous ont motivés à lancer cette étude », a déclaré Regina Wetzer, conservatrice et directrice du Centre de biodiversité marine au Musée d’histoire naturelle du comté de Los Angeles (NHM).
La réponse à ces questions a impliqué des contributions d’un musée d’histoire naturelle, de plusieurs institutions universitaires, de consultants en environnement et d’agences gouvernementales, soulignant les défis liés à l’utilisation de l’eDNA, mais aussi l’intérêt généralisé pour son utilisation.
eDNA utilise le séquençage génétique d’échantillons de l’environnement (dans ce cas, l’eau de mer) pour inventorier la biodiversité. « Il existe des gènes qui diffèrent suffisamment entre les espèces pour pouvoir être utilisés comme marqueurs d’identification. Chaque organisme libère de l’ADN en laissant tomber des cellules de la peau ou d’autres matériaux, nous pouvons donc prendre une tasse d’eau de mer, séquencer l’ADN qu’il contient et l’utiliser pour inventorier organismes dans la région », a déclaré Zack Gold, auteur principal de l’étude.
Le port voisin de Los Angeles et le port de Long Beach forment l’un des plus grands complexes portuaires au monde et sont un site d’intérêt environnemental intense. Cela en a fait un site intéressant pour tester la capacité d’eDNA à agir comme un outil efficace pour l’évaluation de la biodiversité.
Cette étude a jumelé l’échantillonnage d’eDNA et l’échantillonnage conventionnel au chalut à bord de navires sur sept sites du complexe portuaire. Sur chaque site, les chercheurs ont collecté plusieurs échantillons d’ADNe, chacun d’environ un litre d’eau de mer, juste avant que le chalut ne soit remorqué dans la même zone. Cela a permis une comparaison entre l’eDNA et les techniques traditionnelles d’évaluation de la biodiversité : l’eDNA a détecté la quasi-totalité des 17 espèces de poissons trouvées dans les chaluts, mais a également détecté 55 espèces de poissons indigènes supplémentaires. La détection de ces espèces supplémentaires par le biais d’un échantillonnage conventionnel nécessite de nombreux voyages d’échantillonnage supplémentaires et une dépense très élevée.
« Nous étions heureux de voir l’eDNA validé aux côtés de l’échantillonnage » conventionnel « , mais nous étions vraiment ravis de voir les informations supplémentaires qui provenaient de l’eDNA », a déclaré Dean Pentcheff, chercheur et responsable de programme de la Diversity Initiative for the Southern California Ocean (DISCO ) au NHM. Mais pour obtenir ces informations supplémentaires, il fallait disposer d’une bibliothèque de référence génétique complète pour tous les poissons de la région. Une séquence génétique dans un échantillon d’ADNe ne peut être résolue en une espèce que s’il existe une séquence de référence enregistrée pour cette espèce. Tous les poissons dans les échantillons d’ADNe de cette étude n’ont été résolus qu’après que les chercheurs ont ajouté les dernières références de poissons à la bibliothèque de séquences.
Les échantillons d’ADNe provenant de différents endroits dans les ports ont produit différents inventaires d’espèces à un niveau statistiquement significatif. Cela a répondu à une question importante : l’eDNA peut-il mesurer la variabilité sur une zone aussi petite que le complexe portuaire, ou l’eau de mer se mélange-t-elle si bien que les différences locales sont complètement floues ? Cette étude a démontré que l’ADNe dans cet environnement océanique peut exposer des différences entre des endroits aussi proches que quelques centaines de mètres l’un de l’autre.
Sur la base de ce projet pilote, les auteurs ont rassemblé un ensemble de recommandations pour les gestionnaires considérant l’eDNA comme un outil d’évaluation de la biodiversité. Les recommandations couvrent une sélection minutieuse des gènes d’identification et des conseils spécifiques sur la façon de nettoyer les données de séquence des échantillons d’eDNA avant de rechercher des correspondances de séquence. En raison de la résolution réussie des espèces qui a résulté de la construction d’une bibliothèque de référence de séquence complète, une recommandation clé est de créer des bases de données de référence régionales.
« Ces échantillons de l’environnement sont comme des capsules temporelles que nous pourrons exploiter à l’avenir », a déclaré Adam Wall, responsable des collections de crustacés au NHM. Ce sentiment a suscité une autre des recommandations du groupe : archiver les échantillons d’eDNA et les données de séquence pour une utilisation à long terme. À mesure que la technologie de séquençage s’améliore, des informations supplémentaires pourraient provenir des échantillons. Au fur et à mesure que les techniques d’analyse des données génétiques s’améliorent et que les bibliothèques de référence génétiques sont élargies, les données de séquence peuvent être analysées à nouveau pour obtenir des résultats supplémentaires au-delà des inventaires de poissons publiés dans cette étude.
Plus d’information:
Zachary Gold et al, Guide du gestionnaire pour l’utilisation du métabarcodage eDNA dans les écosystèmes marins, PeerJ (2022). DOI : 10.7717/peerj.14071