L’art d’extraire l’ADN de serpents marinés vieux de plusieurs décennies

Deux niveaux sous terre, le Field Museum de Chicago possède un bunker secret. Le centre de ressources des collections du sous-sol abrite des millions de spécimens biologiques que les scientifiques du monde entier peuvent utiliser dans leurs recherches, y compris d’innombrables bouteilles et bocaux contenant des poissons marinés, des lézards et des serpents, disposés comme une bibliothèque. Beaucoup de ces spécimens datent de plusieurs décennies, voire de plusieurs siècles, et sont presque parfaitement conservés grâce à une combinaison de formol et d’alcool. Mais le processus qui préserve les tissus détruit souvent ou du moins rend très difficile l’acquisition d’ADN pour les études modernes, ce qui est une mauvaise nouvelle pour les scientifiques qui étudient les relations génétiques entre les organismes. Une nouvelle étude en Frontières en écologie et évolutioncependant, révèle de nouvelles approches pour obtenir et maximiser l’ADN utilisable à partir de spécimens marinés vieux de plusieurs décennies, et utilise ces techniques pour résoudre un mystère de longue date sur un petit serpent de l’île de Bornéo.

« En tant que véritable aficionado du crime, cela me rappelle que les gens ne prélevaient pas d’échantillons d’ADN lorsqu’un crime était commis dans les années 1960, car personne n’aurait pu prédire qu’un jour, des échantillons d’ADN vous permettraient d’identifier qui a commis un crime », déclare Sara. Ruane, conservateur adjoint de l’herpétologie au Field Museum et auteur principal de l’étude. « Ces spécimens de musée plus anciens sont parfois les seuls exemples disponibles d’une espèce, mais ils n’ont pas été conservés avec l’ADN à l’esprit – cet article explique comment nous pouvons en extraire toutes les informations possibles. »

Le projet est né de la recherche de thèse de Justin Bernstein lorsqu’il était l’étudiant de Ruane à l’Université Rutgers de Newark. « Mon étude principale porte sur un groupe de serpents, appelés homalopsidés ou serpents de boue, qui vivent en Asie du Sud et du Sud-Est, en Nouvelle-Guinée et en Australie », explique Bernstein, l’auteur principal de l’article. « Ils sont vraiment fascinants ; ils vivent dans des environnements aquatiques boueux et il en existe 56 espèces. Nous utilisons l’ADN pour étudier leur histoire évolutive, pour essayer de décrire de nouvelles espèces et pour savoir ce qui est arrivé à ces groupes sur des dizaines d’années. des millions d’années qui ont conduit à la diversité que nous voyons aujourd’hui. »

Pour cet article, il y avait un animal en particulier que Bernstein et Ruane essayaient de placer dans un groupe familial, un serpent brun verdâtre de deux pieds de long appelé Périops hydrablabes, alias le serpent olive aux petits yeux. On le trouve à Bornéo, une grande île à l’est de la Malaisie continentale et au nord-ouest de l’Australie qui contient des parties de la Malaisie et de l’Indonésie et toute la nation de Brunei. Sur la base de son apparence, les scientifiques avaient suggéré deux familles différentes dont il pourrait faire partie. L’analyse de son ADN pourrait révéler ses parents les plus proches et donc sa famille, mais c’était plus facile à dire qu’à faire. « Environ la moitié de la diversité des serpents de boue et tout Hydrablabes les bons sont connus à partir de spécimens plus anciens qui ont été traités chimiquement, et ce traitement chimique décompose l’ADN », explique Bernstein.

Une partie du processus de conservation d’un animal dans l’alcool consiste à le « fixer » avec une substance appelée formol, une solution de formaldéhyde gazeux et d’eau, qui rend ses tissus caoutchouteux et rigides. Malheureusement, l’ADN de ses cellules est également altéré. « Il fait quelque chose appelé réticulation, qui lie l’ADN », explique Ruane. « Si vous voulez étudier son ADN, vous devez défaire ou essayer de forcer l’ADN à sortir de ces liens croisés. »

Étudier le serpent olive aux petits yeux signifiait prélever de petits échantillons de tissu hépatique sur certains des rares spécimens aux États-Unis, tous deux issus des collections du Field Museum. L’un de 1964 et l’autre d’un voyage de collecte en 1993 par Robert Inger, alors conservateur du Field, et son épouse Tan Fui Lian.

Ces anciens spécimens nécessitaient de nouvelles techniques de laboratoire. Normalement, extraire l’ADN d’un échantillon de tissu implique d’ajouter des enzymes digestives qui décomposent le tissu, laissant l’ADN derrière et le chauffant à 130 ℉ pendant plusieurs heures. « Nous avons dû modifier la façon dont nous avons extrait l’ADN en le rendant plus chaud plus longtemps et en utilisant davantage ces enzymes digestives », explique Ruane. Ces méthodes de préparation plus extrêmes ont été efficaces pour d’autres serpents dans des études précédentes, mais l’analyse génétique qui en a résulté contenait encore de nombreuses lacunes pour Bornéo. Hydrablabes spécimen de serpent.

« Les produits chimiques utilisés pour préserver les serpents ont découpé leur ADN en morceaux de code plus courts, ce qui les a rendus difficiles à comparer avec des gènes plus longs et plus complets d’autres spécimens », explique Bernstein. « Le premier logiciel que j’ai utilisé rendait difficile la compréhension de la quantité d’ADN fragmenté dans les spécimens de l’étude, mais le passage à un autre logiciel qui visualisait les morceaux de code génétique permettait de voir plus facilement où se trouvaient les problèmes. » Et même les morceaux de code les plus petits et les plus fragmentés pourraient être ajoutés à des ensembles de données publiés plus volumineux pour aider à construire un arbre évolutif.

Un aspect important de cet article pour Bernstein était d’être transparent sur les difficultés d’utiliser des spécimens plus anciens et le dépannage nécessaire pour les étudier. « Je voulais montrer aux scientifiques qu’on peut toujours travailler avec ces spécimens, cela demande juste un peu de doigté », dit-il. « À un niveau plus large, l’étude montre vraiment comment tirer parti des données que vous obtenez et comment vous pouvez les combiner avec des ensembles de données précédemment publiés pour étudier des hypothèses vraiment intéressantes. »

Quant à la couleuvre de Bornéo au cœur de l’étude, les chercheurs ont pu déterminer qu’il s’agit d’un membre de la famille des Natricidae, qui contient des parents éloignés comme les couleuvres rayées d’Amérique du Nord. Ce qui peut ne pas sembler un gros problème, mais « savoir qu’une espèce particulière fait partie d’un certain groupe peut nous en dire beaucoup sur la biogéographie et sur la façon dont la vie sur Terre a changé au fil du temps », explique Ruane.

Et au-delà de l’étude des serpents, elle note que dans l’ensemble, « ce projet souligne l’importance des collections muséales, car on ne sait jamais ce que l’on pourra apprendre des spécimens à l’avenir ».