Environmental DNA for the bioindication of the future : fundamental and methodological aspects and applicability to intermittent rivers
L'ADN environnemental pour la bioindication du futur : aspects fondamentaux, méthodologiques et applicabilité en rivière intermittente
Résumé
In a context of widespread degradation of freshwater ecosystems and erosion of biodiversity, increased monitoring of the ecological status of these environments is essential. The assessment of the ecological status of freshwaters is generally carried out by means of inventories of the biological communities that reside there, which are indicators of the quality of the ecosystem (e.g. ichthyofauna, benthic macroinvertebrates, diatoms, macrophytes). Whatever the bioindicator group targeted, the inventory methods are based on the capture of living organisms, their identification on the basis of their morphological traits and the calculation of environmental quality indices in relation to a reference ecosystem. In addition to being extremely invasive, these methods prove to be inoperative or even impossible to implement in certain complex environments, due to their dynamism, their inaccessibility and the lack of knowledge of the species that inhabit them (i.e. intermittent rivers, groundwater). The emergence of molecular approaches to the study of biodiversity offers new perspectives for integrating these complex ecosystems into bioindication. In particular, the sampling of DNA released by living organisms into their environment, known as environmental DNA (eDNA), makes it possible to detect the presence of species from samples taken from the environment (e.g. water, sediments). eDNA offers the possibility of inventorying biodiversity in a non-invasive way, even in the most dynamic and difficult-to-access environments. Nevertheless, the lack of fundamental knowledge on eDNA dynamics and methodological barriers limit the application of eDNA for the bioindication of complex environments. The objectives of this thesis are i) to better understand the characteristics and dynamics of eDNA released by living organisms, ii) to develop a standardised sampling tool applicable to a wide variety of habitats and iii) to explore the potential of eDNA-based approaches for bioindication, in comparison with conventional inventories.
Dans un contexte de dégradation généralisée des écosystèmes d’eau douce et d’érosion de la biodiversité, une surveillance accrue de l’état écologique de ces milieux est indispensable. L'évaluation de l’état écologique des eaux douces est généralement réalisée par le biais d’inventaires des communautés biologiques qui y résident, indicatrices de la qualité de l’écosystème (e.g. ichtyofaune, macro-invertébrés benthiques, diatomées, macrophytes). Quel que soit le groupe bioindicateur ciblé, les méthodes d’inventaires sont basées sur la capture des organismes vivants, leur identification à partir de leurs traits morphologiques et le calcul d’indices de qualité du milieu par rapport à un écosystème de référence. En plus d’être extrêmement invasives, ces méthodes s’avèrent inopérantes voire impossibles à mettre en œuvre dans certains milieux complexes, en raison de leur dynamisme, de leur inaccessibilité et du manque de connaissances des espèces qui les peuplent (i.e. rivières intermittentes, eaux souterraines). L’émergence des approches moléculaires pour l’étude de la biodiversité offre des perspectives nouvelles pour intégrer ces écosystèmes complexes dans la bioindication. Plus particulièrement, l’échantillonnage de l’ADN relargué par les organismes vivants dans leur milieu, appelé ADN environnemental (ADNe), permet de détecter la présence d’espèces à partir d’échantillons prélevés dans l’environnement (e.g. eau, sédiments). L’ADNe offre la possibilité d’inventorier la biodiversité de manière non-invasive, et ce même dans les milieux les plus dynamiques et difficiles d’accès. Néanmoins, le manque de connaissances fondamentales sur la dynamique de l’ADNe et les verrous méthodologiques limitent l’application de l’ADNe pour la bioindication des milieux complexes. Les enjeux de cette thèse sont i) de mieux comprendre les caractéristiques et la dynamique des ADNe relargués par les organismes vivants, ii) de développer un outil d’échantillonnage standardisé et applicable à une large variété d’habitats et iii) d’explorer le potentiel d’approches basées sur l’ADNe pour la bioindication, en comparaison avec les inventaires conventionnels.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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