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Etudier les écosystèmes marins grâce au séquençage à haut débit – Plongée dans les océans #13

Écrit par sur 24 janvier 2022

Nous retrouvons Sakina-Dorothée Ayata, maîtresse de conférences en écologie marine à Sorbonne Université pour sa chronique “Plongée dans les océans”.

Sakina, la semaine passée vous nous avez expliqué ce qu’était le séquençage à haut débit. Cette semaine vous allez maintenant nous raconter comment on peut étudier les écosystèmes marins grâce à cette technique.

Oui, en effet. Si vous vous souvenez, en séquençant l’ensemble des molécules d’ADN présentes dans un échantillon d’eau, on peut obtenir la liste des gènes et donc connaître tous les gènes qui pourraient être utilisés par les organismes : c’est la métagénomique. On peut également cibler un fragment particulier de l’ADN et ainsi déterminer la liste des espèces qui sont présentes : c’est le métabarcoding. Enfin, en séquençant l’ensemble des molécules d’ARN qui sont présentes dans l’environnement, on obtient la liste des gènes qui sont exprimés : c’est la métatranscriptomique.

Et à quoi ça sert de lister tous les gènes qui sont présents dans un échantillon d’eau de mer ?

Et bien ça permet de mieux connaître les communautés marines, en particulier microbiennes. En effet, on peut ensuite comparer la liste des gènes obtenus à des séquences de gènes déjà connus et répertoriés dans des bases de données. On peut ainsi retrouver des gènes connus, et donc savoir à quoi ils servent.

Et que ce passe-t-il si ces gènes ne sont pas connus ?

Et bien s’ils ne sont pas connus, c’est à dire qu’ils n’apparaissent pas dans les bases de données dont on dispose, ceci signifie qu’on a potentiellement découvert un nouveau gène. Reste ensuite à savoir à quoi il sert, et à qui il appartient…

Et ça arrive souvent, de rencontrer des gènes inconnus quand on séquence les molécules d’ADN présentes dans les océans ?

Oui, car finalement, on connaît très mal les microorganismes marins, en particulier planctoniques. Dans le plancton, beaucoup d’organismes eucaryotes unicellulaires, aussi appelés protistes, ne peuvent pas être isolés et cultivés en laboratoire. On n’a donc, jusqu’ici, jamais pu décrire l’ensemble de leurs gènes, appelé génome. Grâce à ces nouvelles méthodes de séquençage, on a dorénavant accès à tout un pan de la biodiversité marine.

J’imagine que c’est la même chose pour les molécules d’ARN alors, beaucoup sont inconnues ?

Oui en effet. Mais grâce à ces méthodes on a tout de même pu recenser plus de 116 millions de gènes planctoniques. Parmi ces gènes, près de la moitié ne ressemblent à rien de connu : il y a donc un énorme potentiel pour découvrir de nouvelles molécules, mais aussi pour mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes océaniques.

Mais il existe aussi des techniques de bioinformatique qui permettent, en comparant les séquences obtenues dans différents échantillons et en identifiant celles qui ont les mêmes distributions spatiales et temporelles, d’étudier les communautés marines même lorsque les gènes n’ont jamais été décrits auparavant. On peut par exemple identifier des gènes dont l’expression est corrélée à des conditions environnementales particulières, comme de fortes températures, une forte turbulence, ou une grande profondeur.

Et en ciblant des fragments particuliers d’ADN grâce au métabarcoding, à quoi ça sert ?

Et bien comme on peut avoir une idée de la liste des organismes qui sont présents, sans même les voir et les identifier visuellement, cette technique, aussi appelée étude de l’ADN environnemental, permet de faire du biomonitoring, et donc de suivre le devenir des écosystèmes. On peut ainsi identifier des changements d’espèces ou de communautés en réponse à des pollutions, ou encore détecter l’arrivée de nouvelles espèces exotiques, potentiellement invasives, ou même déceler très rapidement l’arrivée d’espèces toxiques.

Merci Sakina pour toutes ces informations, à la semaine prochaine.

Sakina Ayata au micro de Cécile Dauguet

Tous les épisodes de “Plongée dans les océans” sont à retrouver ici


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