La détection d'un oiseau rare met en lumière la promesse d'un «ADN environnemental»

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Les trous d’eau visités par le pinson gouldien, une espèce en voie de disparition, contenaient des traces d’ADN qui ont permis aux scientifiques de détecter la présence de l’oiseau.Crédit: photographeeddie / Getty

L'ADN recueilli dans des points d'eau distants du nord de l'Australie a été utilisé pour détecter un oiseau en voie de disparition à l'état sauvage pour la première fois. Le résultat est le dernier jalon de la science en pleine maturation de l'ADN environnemental, dans laquelle des traces de matériel génétique provenant du sol, de l'eau ou de la glace sont utilisées pour identifier la présence de plantes et d'animaux.

Dans une étude publiée le 14 novembre dans Recherche sur les espèces menacées, une équipe australienne a signalé que du matériel génétique prélevé dans des points d’eau montrait que les pinsons de Gould (Erythrura Gouldiae) leur avaient rendu visite au cours des 48 heures précédentes. Les gardes forestiers ont également confirmé la présence de l’espèce sur les lieux.

Les scientifiques utilisent l’analyse de l’ADN environnemental (ADNe) depuis environ 15 ans, notamment pour suivre des espèces aquatiques rares ou insaisissables, telles que le triton à crête (Triturus cristatus) au Royaume-Uni. Et ces dernières années, les chercheurs ont de plus en plus recours à cette technique pour identifier les mammifères, les insectes – et maintenant les oiseaux – vivant sur terre.

Les tests sur les ADNe sont souvent plus sûrs – à la fois pour les animaux et les chercheurs – plus économiques et, dans certains cas, plus précis et plus sensibles que les méthodes conventionnelles pour repérer les espèces rares et menacées, telles que les enquêtes de pêche électrique ou la traçabilité, indiquent les scientifiques. Cela incite les organismes de réglementation de plusieurs pays à adopter la technologie pour localiser des créatures, comme le lynx du Canada, une espèce en voie de disparition (Lynx canadensis) aux États-Unis, ou pour surveiller les espèces envahissantes.

Cependant, cette technique doit encore convaincre certains scientifiques, qui affirment que les résultats de l’ADNe ne sont pas assez robustes pour servir de base à la prise de décisions en matière de gestion de l’environnement pouvant avoir des conséquences juridiques pour les gouvernements et les propriétaires fonciers.

Les premières études qui utilisaient l'eDNA pour identifier des espèces spécifiques avaient été critiquées en raison du risque de contamination incorrecte des échantillons pouvant entraîner une contamination croisée, ce qui conduirait à des résultats faussement positifs. Les scientifiques qui utilisent cette méthode ne détectent que des traces de matériel génétique. Même des quantités infimes de contamination par des gants ou du matériel peuvent altérer les résultats. Mais les partisans du domaine disent que l'adoption récente de protocoles rigoureux pour éviter ou détecter la contamination a largement résolu ces problèmes. Et des efforts sont en cours pour déterminer si les mesures de l'e-ADN par rapport aux méthodes d'enquêtes conventionnelles sont en cours.

Ascension météorique

La première étude montrant que les animaux et les plantes de grande taille rejetaient suffisamment d'ADN dans leur environnement – via la défécation et la perte de cellules – à détecter, a été publiée en 2003.. Cinq ans plus tard, des chercheurs français ont démontré que l’ADN présent dans l’eau des étangs pouvait être utilisé pour détecter une grenouille secrète, le ouaouaron envahissant (Rana Catesbeiana). La plupart de ces études rassemblent du matériel génétique provenant d’environnements aquatiques, car l’ADN se disperse et reste flottant dans l’eau, et peut être détecté à l'état de traces.

Vers 2014, Michael Schwartz, qui dirige le Centre national de génomique pour la conservation de la faune et de la pisciculture du Service américain des forêts (US Forest Service), a utilisé l’ADNe pour détecter l’omble de fontaine en voie de disparition et difficile à surveillerSalvelinus confluentus). Les chercheurs ont analysé initialement 124 échantillons d’eau provenant de cours d’eau traversant le Montana., rassemblant un volume de données équivalent à celles recueillies au cours des 15 dernières années par le biais d’enquêtes classiques utilisant la pêche électrique, méthode risquée pour les hommes et les poissons, dans laquelle un courant traverse l’eau pour attirer puis capturer les poissons. «Nous avons pu le faire en huit jours», explique Schwartz. "Nous avons estimé qu'il est environ deux à dix fois plus rapide et deux à cinq fois plus économique d'utiliser l'eDNA par rapport à la pêche électrique."

Le centre de génomique développe maintenant des outils ADNe spécifiquement destinés aux gestionnaires de la faune. Plus tôt cette année, l’équipe de Schwartz a publié des résultats montrant que l’ADN laissé dans les pistes de neige ou près de pièges à caméra pourrait être utilisé pour identifier la présence de lynx et de carcajou du Canada (Gulo Gulo) dans le Montana et un petit mammifère carnivore appelé le pêcheur (Pekania Pennanti) en Idaho. Les méthodes classiques de détection de la présence d'animaux terrestres impliqueraient généralement de longues enquêtes au sol visant à identifier un animal uniquement par ses traces ou sa dispersion. «Nous devons être efficaces avec nos dollars en matière de conservation de nos jours», a déclaré Schwartz.

Dans un autre cas, l'eDNA était plus sensible que les méthodes conventionnelles. Quand une image de piège photographique était incapable d'identifier clairement ce qui ressemblait à un lynx du Canada dans une zone où sa présence était inconnue des rangers, l'ADNe extrait de la neige a confirmé que la créature était bien un lynxlynx, dit Schwartz.

L'ADN trouvé dans les pistes de neige a été utilisé pour détecter la présence du lynx du Canada en voie de disparition dans le Montana.Crédit: Konrad Wothe / Nature Picture Library

Le Fish and Wildlife Service des États-Unis utilise l'eDNA pour détecter les incursions de carpes argentées envahissantes (Hypophthalmichthys molitrix) et la carpe à grosse tête (Hypophthalmichthys nobilis) dans le système des Grands Lacs depuis 2013. Si du matériel génétique est détecté, les gardes suivent le résultat en utilisant la surveillance conventionnelle.

Dans certains cas, des analyses eDNA sont utilisées pour appliquer une politique. Par exemple, en 2014, le gouvernement du Royaume-Uni a approuvé l'utilisation de l'analyse par ADNe pour détecter le triton crêté en péril dans les enquêtes sur l'utilisation des terres exigées par la loi.

Avec le marché en plein essor des analyses d’ADN-e, des dizaines d’entreprises proposent désormais des tests génétiques de détection des espèces rares.

Pour réduire les problèmes tels que les faux positifs qui sévissaient sur le terrain à ses débuts, il existe maintenant des méthodes standard de traitement des échantillons et de détection de la contamination, indique Florian Leese, écologiste aquatique à l'université de Duisburg – Essen en Allemagne. Un échantillonnage adéquat, du matériel stérile et des contrôles expérimentaux peuvent tous contribuer à prévenir la contamination, par exemple. Dans le cas du triton à crête, des échantillons aveugles sont envoyés à plusieurs laboratoires afin de garantir la robustesse des résultats, explique Leese. DNAqua-Net, un réseau international de chercheurs basé en Europe qui travaille avec des organismes de l'industrie et des organismes de réglementation, élabore actuellement des lignes directrices sur les meilleures pratiques en matière de conception et de validation de tests génétiques pour des espèces individuelles et de définition de la quantité d'ADN nécessaire pour être sûr test renvoie un résultat positif réel.

Défis en cours

Mais certains écologistes hésitent à abandonner les méthodes conventionnelles. Jean-Marc Roussel, écologiste aquatique à l'Institut national de la recherche agronomique de Rennes, a déclaré que davantage d'études comparant le coût et la précision de l'analyse de l'ADN e-ADN aux méthodes de surveillance conventionnelles sont nécessaires avant que des décisions de gestion de l'environnement ne soient prises sur la base des résultats de l'e-ADN. . «Je pense que c'est toujours un outil de recherche, pas de gestion», dit-il.

Cecilia Villacorta Rath, écologiste moléculaire à l'Université James Cook de Townsville en Australie, estime que les chercheurs doivent également démontrer que les tests génétiques sont suffisamment sensibles et spécifiques pour éviter les faux négatifs – l'absence de détection d'une espèce cible réellement présente.

Des résultats solides sont essentiels car la découverte d'une espèce en danger peut avoir de lourdes conséquences juridiques. Aux États-Unis, par exemple, de telles espèces doivent être protégées en vertu de la loi sur les espèces en voie de disparition, de sorte qu'une zone terrestre puisse être désignée comme habitat essentiel. De même, l'identification d'une espèce envahissante peut déclencher l'exécution des exigences d'éradication inscrites dans la loi. «Vous devez vous assurer que votre mesure est fiable», déclare Leese.

En tant que président de DNAqua-Net, Leese est responsable de l’élaboration de normes garantissant la précision des tests génétiques et donnant aux agences la certitude de leurs résultats.

La prochaine étape pourrait consister à certifier les entreprises et les laboratoires gouvernementaux menant des études d’ADNe, dit-il, de la même manière que les laboratoires médicaux sont certifiés.

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