L’évolution génétique des poissons d’eau douce en Équateur pourrait ouvrir de nouvelles perspectives aux écologistes de la conservation. Une nouvelle collaboration entre biologistes et informaticiens de DePaul cherche à séquencer les génomes de ces espèces.
« Cela a le potentiel de nous donner un réel aperçu de l’évolution et de l’adaptation de ces poissons, ainsi que de la nature de la planète et des défis auxquels nous sommes confrontés », déclare Windsor Aguirre, professeur agrégé de biologie évolutive et co-responsable de le projet.
Aguirre et Thiru Ramaraj, professeur adjoint à la School of Computing, créeront un génome de référence de haute qualité pour deux espèces du genre de characide endémique Rhoadsia et procéderont au reséquençage de 20 spécimens supplémentaires. Cela augmentera non seulement les recherches d’Aguirre et contribuera à l’histoire de l’espèce, mais constituera également une ressource accessible au public pour les chercheurs du monde entier qui étudient l’évolution des génomes.
« Les humains ont un effet extraordinaire sur la planète, donc chaque espèce est obligée de répondre aux humains », déclare Aguirre. « Chaque écosystème a été affecté à un degré ou à un autre, et beaucoup sont très gravement touchés. »
Leur recherche utilisera le séquençage de l’ADN de nouvelle génération et la bioinformatique pour examiner pourquoi certaines espèces ont persisté au fil du temps, mais pas d’autres.
Les poissons équatoriens détiennent des indices génétiques
Aguirre fait des recherches sur les poissons d’eau douce de l’Équateur depuis 2008 et le qualifie de « point chaud de la biodiversité mondiale ». L’année dernière, Aguirre et ses co-auteurs équatoriens ont publié une revue dans le Journal de biologie des poissons sur les menaces pour la conservation des pêches en Équateur – le premier résumé complet de l’état du poisson.
De nombreux laboratoires ont accès à des génomes modèles tels que la souris, le rat, la mouche des fruits ou le poisson zèbre. Aguirre voulait passer à l’étape suivante dans le séquençage du génome de ces poissons endémiques et, à son tour, créer une ressource que les chercheurs du monde entier pourraient utiliser pour étudier et étudier l’évolution des génomes. Il espère également que cela encouragera davantage de recherches sur l’évolution des poissons d’eau douce dans cette importante région.
Ramaraj a rejoint DePaul en 2019 et les deux se sont rencontrés par le biais d’un groupe de bioinformatique formé par des professeurs du Jarvis College of Computing and Digital Media et du College of Science and Health.
« L’expertise de Thiru dans le domaine de la bioinformatique et de la science informatique est extrêmement importante », a déclaré Aguirre. « Avec les progrès de la technologie, il devient très facile de générer ces grandes quantités de données. Le défi devient de pouvoir les comprendre, et cela nécessite des outils de calcul fonctionnant à grande vitesse pour filtrer, organiser et traiter de très grandes quantités de données. »
Dans son poste précédent dans un institut de recherche en biotechnologie à but non lucratif, Ramaraj était un scientifique en bioinformatique et a travaillé avec des données de séquençage de nouvelle génération pendant près d’une décennie. Il a séquencé les données de l’ADN et de l’ARN dans tous les domaines.
« J’ai collaboré avec des microbiologistes, des zoologistes, des généticiens végétaux et humains et des biochimistes », explique Ramaraj. Il a cherché à poursuivre ce travail chez DePaul, et les projets avec Aguirre convenaient parfaitement.
Le séquençage du génome n’est plus un coup de foudre
Lorsque la première ébauche du génome humain a été publiée en 2001, Aguirre dit que c’était une étape importante.
« C’était un effort international massif impliquant des institutions gouvernementales et privées, des centaines de millions de dollars à grande échelle », note-t-il. Désormais, les chercheurs peuvent créer des génomes de tailles comparables pour quelques milliers de dollars.
« Quelque chose qui, il y a à peine 20 ans, était essentiellement l’équivalent d’un moonshot que nous pouvons maintenant faire dans un cadre universitaire et dire à nos étudiants de générer des données vraiment extraordinaires sur l’histoire évolutive fondamentale des organismes », déclare Aguirre.
Ils généreront des données à l’aide de la technologie de séquençage de Pacific Biosciences, qui produit de longues séquences d’ADN de haute qualité et utilise une méthode de calcul pour les réintégrer dans un génome complet.
« L’analogie consiste à prendre un livre, à le déchirer et à le reconstituer », explique Ramaraj. « Une fois que nous avons des données, nous pouvons rechercher des modèles intéressants, regarder où se trouvent les gènes et comprendre leur fonction. Nous pouvons également déterminer en quoi les génomes eux-mêmes sont différents des espèces étroitement apparentées. »
Les deux chercheurs prévoient de tirer parti du projet pour sensibiliser les étudiants de DePaul en biologie, en informatique et dans d’autres domaines au domaine de la biologie computationnelle. La science des données peut aider à fournir des solutions concrètes aux problèmes environnementaux, ce qui en fait un excellent cheminement de carrière.
« En tant qu’informaticien possédant ces connaissances, vous pouvez travailler pour des sociétés pharmaceutiques et de biotechnologie végétale », déclare Ramaraj. « Tout ce que vous apprenez ici peut être appliqué dans ces domaines. »
Windsor E. Aguirre et al, Menaces de conservation et perspectives d’avenir pour les poissons d’eau douce de l’Équateur : Un point chaud de la diversité des poissons néotropicaux, Journal de biologie des poissons (2021). DOI : 10.1111/jfb.14844