Evaluer l’état écologique des cours d’eau en séquençant l’ADN des diatomées

Depuis 2009, l’Inra développe la technologie innovante du métabarcoding sur les communautés de diatomées (micro-algues), avec pour objectif la mise au point d’une méthode rapide de caractérisation de l’état écologique des cours d’eau. La méthode est actuellement en cours de normalisation à l’échelle européenne.

Photos de différentes espèces de diatomées en microscopie optique (objectif 100 fois à immersion).. © Inra
Mis à jour le 27/04/2017
Publié le 10/04/2017

Les diatomées : d’excellents bio-indicateurs de l’état écologique des eaux douces

Ces algues microscopiques possèdent une enveloppe externe en silice caractéristique de chaque espèce. Elles se développent dans les cours d’eau en formant de fines pellicules (biofilms) à la surface des substrats immergés. Du fait de leur importante biodiversité (plus de 100 000 espèces répertoriées) et d’une sensibilité variable d’une espèce à l’autre vis-à-vis de nombreux facteurs de l’environnement, les diatomées constituent d’excellents indicateurs pour le suivi de l’état écologique des écosystèmes d’eau douce. Pour cette raison, la Directive Cadre européenne sur l’Eau préconise leur utilisation en tant que « bioindicateur ». Les méthodes standardisées actuellement utilisées en routine sont basées sur l’observation microscopique d’échantillons pour identifier et dénombrer les différentes espèces présentes. Cela permet ensuite, en fonction de l’abondance des espèces et de leur tolérance vis-à-vis de la pollution, le calcul d’un indice de qualité (Indice Biologique Diatomées). Cependant ces méthodes restent onéreuses et consommatrices en temps.  

Une méthode innovante

Dans un premier temps, les chercheurs ont construit une « base de référence » à partir de diatomées cultivées en laboratoire. Cette base de données regroupe à la fois des informations moléculaires, morphologiques, écologique et taxonomiques relatives aux diatomées. Elle est régulièrement actualisée et accessible depuis le réseau R-SYST (voir encadré) mis en place par l’Inra. Dans un second temps, les chercheurs ont mené plusieurs campagnes de mesures dans des milieux naturels pollués et non pollués dans les départements de Mayotte, de La Réunion et plus récemment en métropole. Menées en collaboration avec l’ONEMA, les DREAL, les Agences de l’Eau et différents bureaux d’étude, ces campagnes ont confirmé la forte concordance entre la méthode utilisant le métabarcoding et la méthode microscopique utilisée depuis plus de 20 ans sur certaines rivières. 

Complémentaire de la méthode de référence

Selon Frédéric Rimet, les deux méthodes restent complémentaires. Depuis de nombreuses années, il existe un savoir–faire taxonomique lié à l’emploi de la méthode de référence. Il ne faudrait en aucun cas l’abandonner, au risque de perdre un capital unique, mais bien associer les deux approches qui apportent des informations complémentaires. La première assure la classification des diatomées à partir de caractères morphologiques tandis que l’autre utilise des séquences réduites et spécifiques d’ADN chloroplastique appelés « barcodes ADN » caractéristiques de chaque espèce de diatomées.  
Si en termes de coût, les deux méthodes sont pour l’instant équivalentes, le principal intérêt de cette nouvelle méthode réside dans sa rapidité de mise en œuvre.

En cours de normalisation à l’échelle européenne

Depuis 2012, plusieurs équipes de chercheurs travaillent à l' établissement de protocoles européens pour cette méthode de métabarcoding. Actuellement en cours de validation par le Comité Européen de Normalisation (CEN), ces protocoles devraient déboucher prochainement sur la définition de normes européennes pour l’étape de prélèvement des échantillons en eau douce et celle relative à la construction de la base de données de référence. Plus récemment encore, la mise en place de groupes de travail européens tel que le réseau COST DNAqua-Net (voir encadré) devrait permettre de développer l’utilisation de ces méthodes de taxonomie moléculaire appliquées à l’évaluation écologique et à l’estimation de la biodiversité des masses d’eau douces.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Frédéric RIMET UMR 0042 CARRTEL Centre Alpin de Recherche sur les Réseaux Trophiques et les Ecosystèmes Limniques), Inra et Université Savoie Mont Blanc, 75 avenue de Corzent, BP 511, 74203 Thonon-Les-Bains cedex
  • Agnès BOUCHEZ UMR 0042 CARRTEL Centre Alpin de Recherche sur les Réseaux Trophiques et les Ecosystèmes Limniques), Inra et Université Savoie Mont Blanc, 75 avenue de Corzent, BP 511, 74203 Thonon-Les-Bains cedex
Département(s) associé(s) :
Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Centre(s) associé(s) :
Auvergne - Rhône-Alpes

R-SYST : le Réseau de Systématique de l'INRA

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R-SYST est un réseau national regroupant une douzaine d'équipes de recherche Inra (départements SPE et EFPA)  impliquées dans la caractérisation moléculaire et morphologique d'organismes (virus, bactéries, micro-algues, plantes, champignons, insectes). Ces équipes sont composées de techniciens, chercheurs et ingénieurs dans les domaines de la biologie moléculaire, de la génétique et de la bio-informatique. Elles gèrent des bases de données et elles conçoivent et mettent à disposition des outils d'analyse de ces données taxonomiques.

Le réseau COST DNAqua-Net

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Les actions COST de la Communauté Européenne (CO-Operation in Science & Technology program) permettent de fédérer une ou plusieurs communautés de chercheurs (plus de 30 000 aujourd'hui dans toute l'Europe) autour d'une thématique scientifique, en finançant les activités de mise en réseau (conférences, colloques, visites scientifiques, etc.). 

Agnès Bouchez est Vice-présidente  du réseau COST DNAqua-Net dont la réunion de lancement a eu lieu en mars 2017.  
L’objectif du réseau est de constituer un groupe de chercheurs de différentes disciplines pour identifier des outils génomiques de référence, développer de nouveaux indicateurs génomiques et des mesures dédiées à l’évaluation et au suivi en routine de la biodiversité des masses d’eau en Europe. En outre, DNAqua-Net devrait fournir une plate-forme pour former la future génération de chercheurs aux nouvelles technologies. En relation avec les gestionnaires de l’eau, les décideurs politiques et les autres parties prenantes, ce groupe de chercheurs devrait développer un cadre conceptuel pour l’application des outils éco-génomiques dans le cadre des évaluations environnementales juridiquement obligatoires.