Le codage à barres aquatique

Aucun acheteur au monde n'ignore à quoi ressemblent les codes à barres.  Ils sont présents sur presque tout ce que nous achetons : il s'agit d'étiquettes où figurent des séries distinctes de barres verticales et d'espaces blancs de largeur variable.  Les étiquettes sont lues par un numériseur, qui mesure la lumière réfléchie et traduit le codage en chiffres et en lettres qui sont transmis à un ordinateur.  Les codes à barres assurent le suivi de presque tout ce qu'il y a à savoir sur un produit et sur son statut dans la chaîne d'approvisionnement.

Mais le codage à barres n'est pas présent uniquement dans le monde du commerce.  Il est également utilisé dans le domaine de l'écologie aquatique, où les codes à barres sont employés dans l'identification génétique des poissons, des invertébrés et même des parasites.  Cette approche génétique de l'identification des espèces est très utile pour répondre à une foule de questions, y compris certaines concernant la gestion des ressources et de la conservation, car elle peut être plus sensible, plus précise, plus rapide et plus rentable que les méthodes d'observation traditionnelles consistant à identifier des espèces à partir de parents proches.    En effet, l'identification visuelle nécessite des spécimens intacts, la présence de caractéristiques morphologiques qui permettent de distinguer les espèces (absentes dans certains groupes) et une expertise pour effectuer le long examen de chaque spécimen.

Mme Abbott (à droite) et les chercheurs de niveau postdoctoral Magalie Castelin (centre) et Niels Van Steenkiste (gauche) prélèvent des spécimens pour la base de données des codes-barres d'ADN et l'inventaire connexe de spécimens biologiques. Les spécimens et les données connexes recueillis deviennent des ressources génétiques permanentes utilisées pour détecter et identifier d'éventuelles espèces envahissantes.

Cathryn Abbott, chercheuse à la Station biologique du Pacifique du MPO à Nanaimo (C.-B.), applique son expertise en matière d'écologie et de génétique de l'évolution au diagnostic d'agents pathogènes chez les animaux aquatiques et à la détection précoce des espèces aquatiques envahissantes (EAE).  Le codage à barres constitue un élément essentiel de son travail.

L'introduction d'espèces envahissantes dans les habitats indigènes peut se révéler catastrophique non seulement sur le plan écologique, mais aussi sur le plan économique, puisqu'elle peut coûter des dizaines de milliards de dollars par an à l'économie canadienne.  Pour résoudre ce problème, l'une des réponses du gouvernement fédéral est la recherche interministérielle en génomique pour la « Protection de la biodiversité canadienne et des échanges commerciaux contre les retombées des changements mondiaux par une augmentation de la capacité de surveiller les espèces exotiques envahissantes et de les mettre en quarantaine ».  De façon générale, le projet vise à rendre possible la détection précoce des espèces envahissantes afin de protéger le capital naturel et l'économie du Canada.  Ce travail s'inscrit dans le mandat de l'Initiative de R-D en génomique (IRDG) du gouvernement du Canada, qui coordonne les tâches des ministères et organismes fédéraux à vocation scientifique dans le domaine de la recherche en génomique.

Un certain nombre de domaines d'étude sont associés à cette recherche, notamment un sous-projet appelé Identifier, à l'aide de codes à barres, les espèces aquatiques envahissantes qui présentent le plus grand risque pour la faune indigène et le commerce au Canada.Mme Abbott supervise ce sous-projet, qui se divise en trois parties.  Une partie est axée sur les poissons d'eau douce.  Les chercheurs se penchent sur la détection précoce des EAE pouvant provenir de l'importation de poissons vivants dans le cadre du commerce d'aliments vivants et d'espèces destinées aux aquariums, qui constituent des voies d'introduction possibles des EAE.  C'est Nellie Gagné, une collègue du MPO de Mme Abbott travaillant à Moncton (Nouveau-Brunswick), qui s'occupe de l'aspect concernant les poissons.

Une autre partie du projet met l'accent sur les EAE d'invertébrés, généralement introduites par les navires commerciaux, via leurs citernes de ballast, ou dans les salissures des coques des embarcations de plaisance.  C'est Mme Abbott qui étudie ces espèces.

Environnement Canada s'intéresse à un troisième domaine, les parasites aquatiques, qui peuvent être introduits de plusieurs manières.

Des étudiants et des chercheurs de niveau postdoctoral travaillent ensemble au laboratoire de Mme Abbott à la Station biologique du Pacifique afin d'extraire de l'ADN pour le codage à barres.

Les projets de codage à barres comportent quatre volets : la récupération des spécimens, l'identification par inspection visuelle, le séquençage de l'ADN (c.-à-d. le « codage à barres de l'ADN ») et la saisie de toutes les données associées à chaque spécimen dans une base de données de référenceNote de bas de page 1. Ces bases de données serviront par la suite à rapprocher des spécimens inconnus d'espèces connues grâce à l'association de leur séquence d'ADN à un dossier de référence présent dans la base de données.

L'objectif du codage à barres de l'ADN est de pouvoir identifier les espèces présentes grâce à un court segment d'une séquence d'ADNNote de bas de page 2 provenant d'une région génétiqueNote de bas de page 3 normalisée.  Mme Abbott : « Les séquences d'ADN sont utiles pour identifier l'espèce à laquelle appartient un échantillon inconnu. Tout l'intérêt d'un projet interministériel de ce type est de constituer une bibliothèque complète de séquences. La base de données doit pouvoir corroborer le lien entre les séquences génétiques et l'identification taxonomique.  Afin d'augmenter la fiabilité de l'identification des espèces, nous sommes en train de mettre en place une base de données contenant des séquences d'ADN de plusieurs régions génétiques. »

Beaucoup d'efforts ont été faits pour créer des bases de données de référence en matière de séquences d'ADN pour la faune canadienne indigène se trouvant dans les groupes taxonomiques dont les envahisseurs sont bien connus.  Ainsi, les chercheurs peuvent distinguer de manière fiable une espèce envahissante d'une espèce indigène.  Une telle fiabilité est très importante, car cette méthode peut être utilisée à des fins réglementaires.

Dans le cas des poissons d'eau douce, les échantillons sont à la fois obtenus auprès du Musée royal de l'Ontario et sur des spécimens recueillis par le MPO ou d'autres sources.

Espèce envahissante sur espèce envahissante. Prélevées dans la baie Boundary, en Colombie-Britannique : la patelle introduite Crepidula convexa (espèce indigène de la côte est de l'Amérique du Nord et de l'Amérique centrale) sur un bigorneau perceur japonais Ocenebra inornata envahissant (gauche et droite sur la photo); et sur une nasse du Japon Batillaria attramentaria (au centre). Photo : Rick Harbo (à la retraite, MPO), associé de recherche, Royal BC Museum.

Pour les invertébrés aquatiques, la plus grande partie des échantillons pour lesquels un séquençage a été effectué jusqu'ici provient de spécimens recueillis récemment grâce à des collaborations diverses ou à des programmes du MPO sur le terrain.  Mme Abbott : « Lorsqu'un nouveau spécimen frais arrive, un échantillon génétique et un spécimen témoin morphologique (forme et structure) doivent être préparés pour la collection archivée de code à barres d'ADN.  Le spécimen doit être admis et conservé en vue d'une analyse génétique.  Celle-ci suppose de prélever un échantillon de tissu pour effectuer immédiatement une extraction et un séquençage d'ADN, et de conserver certains tissus pour les archiver.  Ainsi, par la suite, ces tissus peuvent être utilisés pour réaliser des analyses supplémentaires ou des vérifications. »

Le spécimen témoin morphologique doit également être préservé de manière adéquate.  Il doit être possible de se référer à ce spécimen afin d'effectuer des comparaisons taxonomiques.  Toutes les métadonnées concernant chaque spécimen doivent être saisies dans la base de données.  Un spécimen témoin histologique doit également être préparé.  Un spécimen témoin histologique est un sous-échantillon de tissu conservé de manière à ce que ses propriétés moléculaires restent intactes pour des analyses futures.  De plus, bien entendu, une séquence d'ADN est générée.

En matière d'analyse, Mme Abbott note que « pour créer une base de données valide de codes à barres d'ADN, une grande partie du travail consiste à s'assurer que les entrées sont correctement identifiées.  Finalement, l'objectif est de résoudre les cas où il existe un conflit entre la taxonomie s'appuyant sur l'ADN et la taxonomie morphologique. En résumé, la signature dans les gènes doit correspondre à la classification taxonomique pour que le codage à barres fonctionne. »

« En outre, ajoute Mme Abbott, cela exige une démarche taxonomique intégrée dans laquelle on recueille les données génétiques, morphologiques, généalogiques et écologiques pour définir les unités d'espèces.  Cet élément, indispensable à la création d'une base de données valide de codes à barres d'ADN, exige beaucoup d'efforts, car plusieurs sources de données sont nécessaires. »

Elle précise encore qu'il ne s'agit pas d'une tâche simple, car la taxonomie des EAE est très variée.  Le travail porte sur un très large éventail d'espèces et les chercheurs doivent s'assurer que toutes les méthodes qu'ils conçoivent et mettent en œuvre sont fiables, car les faux positifs et les faux négatifs peuvent coûter très cher.  Comme le souligne Mme Abbott, « Une fiabilité élevée est nécessaire avant de pouvoir utiliser cette méthode comme fondement pour un outil de détection basée sur l'ADN. »

Les raisons pour lesquelles le gouvernement du Canada estime que ce travail est essentiel à la lutte contre le fléau des EAE sont claires.  Lorsqu'une EAE s'établit et se propage dans un environnement non indigène, il est presque impossible de l'éradiquer. Le meilleur remède consiste à la détecter le plus tôt possible pour avoir une véritable chance d'éviter que les populations envahissantes s'établissent.  Si ces populations parviennent tout de même à s'établir, les outils génétiques peuvent être utilisés pour surveiller et atténuer leur propagation.  Le codage à barres de l'ADN peut remplir un double objectif : contribuer à résoudre des incertitudes taxonomiques dans le cadre d'une démarche taxonomique intégrée, et servir d'outil innovant pour les non-experts qui doivent rapidement identifier une EAE.

À l'évidence, mieux vaut prévenir que guérir, et c'est exactement à cela que servent les codes à barres dans le processus.

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