Contribution du barcoding ADN à l’étude des mammifères

marins

Eric Alfonsi(1, 2,3), Eléonore Meheust(1,2), Christine Dumas(1), Yann

Quillivic(1), Marie Meister(4), Sami Hassani(1) & Jean-Luc Jung(2)

 1: Océanopolis, Port de Plaisance du Moulin Blanc, 29200 Brest, France

2: BioGeMME, UFR Sciences et Techniques, Université de Bretagne Occidentale , 6 avenue le Gorgeu, 29200 Brest, France

3: LEMAR - UMR 6539 - Institut Universitaire Européen de la Mer, Place Nicolas Copernic 29280 PLOUZANÉ - France

4: Musée Zoologique de Strasbourg, 29 Boulevard de la Victoire, 67000 Strasbourg, France 

Mammifères marins le long des côtes françaises

Carte présentant la richesse spécifique de mammifères marins

Mammifères marins en Bretagne

Dauphin commun(Delphinus delphis)

Phoque gris(Halichoerus grypus)

Grand dauphin(Tursiops truncatus)

©Florian Graner

Marsouin commun(Phocoena phocoena)

4 espèces observées couramment…

Mammifères marins en Bretagne

Dauphin tacheté de l’Atlantique

(Stenella frontalis)

Phoque à capuchon(Cystophora cristata)

Cachalot(Physeter macrocephalus)

… et des observations surprenantes

Mammifères marins impactés par les modifications de l’environnement

Top prédateurs => espèces sentinelles pertinentes

Suivi de leur biodiversité nécessaire

Utilisation du barcoding ADN pour suivre la biodiversité génétique depuis 2008 dans notre labo (identification d’espèce et variabilité intraspécifique)

Barcoding ADN pour la conservation et la compréhension du milieu

Barcoding ADN = utilisation d’un séquence ADN pour déterminer une espèce

Projet Barcoding Of Life (CBOLIBOL, ECBOL…)

Sensu stricto : utilisation de marqueur standardisé (COI) Sensu lato : moins restrictif, autres marqueurs, autres niveaux taxonomiques

(Valentini et al, 2009)

Base de donnée BOLD (http://www.boldsystems.org/)

Définition du barcoding ADN

3 régions mitochondriales déjà utilisées dans des études de diversité génétique de mammifères marins :

- Cox1 : Cytochrome oxidase 1 (e.g Viricel and Rosel, 2012)- Cytb : Cytochrome B (e.g Jayasankar et al, 2008)- MCR : Mitochondrial Control Region (or D-Loop) (e.g. LeDuc et al, 2008)

Barcoding ADN et mammifères marins

Carte de l’ADN mitochondrial Humain (Françoise Ibarrondo, Gilles Furelaud)

Variabilité du barcoding ADN chez les

mammifères marinsVariabilité interspécifique

• 86 individus, 16 espèces, Cox 1

• Séparation cétacés/carnivores (divergence 22% )

Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Cétacés

Carnivores

• Séparation entre odontocètes and mysticètes (15%)

Mysticètes

Odontocètes

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marins

Variabilité interspécifique

Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

• « Barcode gap » présents pour presque toutes les espèces

Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marinsVariabilité interspécifique

• Sauf pour les Delphininae (divergence entre S. frontalis and D. delphis 0.84%)

• Besoin d’utiliser d’autres marqueurs (MCR)

Delphininae

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marinsVariabilité interspécifique

Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Identification de mammifères marins échoués

• Un drôle d’échouage dans le nord ouest de la Bretagne en Novembre 2009

• Un animal de 5,7m en état de décomposition avancée.

•Grace à la taille et la forme générale, deux espèces sont possibles :

Hyperoodon boréal, (Hyperoodon ampullatus)

OU

Baleine à bec de Cuvier(Ziphius cavirostris)

Plus de 20% des mammifères marins échoués ne peuvent être identifiés jusqu’à l’espècePar exemple :

Hyperoodon boréal, (Hyperoodon ampullatus)

OU

Baleine à bec de Cuvier(Ziphius cavirostris)

Barcoding ADN

Identification de mammifères marins échoués

• Une autre possibilité => l’observation du crane

• tête : diamètre 1 m, poids plus de 100 kg

• besoin de retirer les chairs sur le crane (plusieurs mois)

Hyperoodon boréal, (Hyperoodon ampullatus)

OU

Baleine à bec de Cuvier(Ziphius cavirostris)

Identification de mammifères marins échoués

Un autre exemple : échouage sur l’ile de Sein en mai 2011

Identification de mammifères marins échoués

© RNE

Roqual commun (Balaenoptera physalus)

© Tous droits réservés© RNE

Projet Bold : UMMB (Unidentified Marine Mammals of Brittany) : actuellement 10 individus de 6 espèces

Identification de mammifères marins échoués

Régime alimentaire

Congre (Conger conger)Reste de proie de phoque gris

Reste de proie de marsouin commun Chinchard (Trachurus

trachurus)Le barcoding ADN augmente le taux d’identification des proies de 30%

Projet Bold public : DBMM (Diet of Britanny Marine Mammals) : 29 spécimens, 9 espèces

Barcoding ADN pour suivre les shifts et les fragmentations de populations

©Florian Graner

Les fragmentations et les déplacements de populations de mammifères marins sont souvent causés par des changements de l’environnement Le Barcoding ADN est utile pour caractériser et suivre ces populations.C’est particulièrement vrai pour les animaux difficilement observables comme le marsouin commun.

En Europe, l’aire de répartition a connu de nombreuses modifications au cours des 60 dernières années, probablement à cause de modifications de l’habitat.

Droits réservés

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans

Etape 1 : avant 1950, une large répartition du Portugal à la Norvège

Carte supposée selon Rejinders (1992) et d’autres observations

Le Petit journal 22/02/1903

Aire de répartition

Carte réalisée par Jean-Philippe Gauthier-Placet-Nicolet

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans

Avant 1950

Etape 2 : entre 1950 et 1990, une raréfaction ciblée

Carte supposée selon Rejinders (1992) et d’autres observations(notamment SCANS I)

Aire de répartition

raréfaction

Carte réalisée par Jean-Philippe Gauthier-Placet-Nicolet

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ansAvant 1950

Entre 1950 et 1990

Montré par la campagne SCANS 2 (Small Cetaceans in the european Atlantic and North Sea) 2005 (Macleod et al., 2007)

Etape 3: Entre 1990 et 2005 un shift global

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans

Etape 3: Entre 1990 et 2005 un shift global

Le retour du marsouin commun le long des côtes française :

- Variabilité intraspécifique ?

- Combien de populations ?

- Quel origine pour ce retour ?

Notre échantillonnage

Les échantillons proviennent tous du Réseau National

Echouage

Les variations de Cox1 montrent deux groupes génétiques de marsouins communs

43 séquences

615 nucléotides

9 haplotypes

9 sites polymorphiques

polymorphisme 1.46%

Comparaison de séquences de Cox1 pour 43 marsouins communs

Groupe betaGroupe alpha

• La variabilité intraspécifique est forte pour cette aire géographique limitée• Les deux groupes génétiques ne sont pas expliqués par l’origine géographique des échantillons, ni par l’année, ni par la saison, ni par le genre

Une explication géographique à l’échelle européenne

Arbre, obtenu par maximum de vraisemblance, pour 56 haplotypes de marsouin commun définis sur un fragment de 334 paires de bases de la region de controle mitochondriale

• Même groupes avec MCR

• Comparaison avec des séquences provenant d’autres études (Tiedemann et al, 1996; Walton, 1997 ; Tolley et al, 2001; Tolley and Rosel, 2006; Viaud-Martinez et al, 2007)• Une double origine de population explique la structure génétique des marsouins communs retrouvés le long de la côte française

La comparaison entre les marqueurs nucléaires et mitochondriaux permet de comprendre le shift actuel des

populations de marsouins communs le long des côtes atlantiques françaises

• Marqueurs mitochondriaux (MCR and Cox 1) => Deux groupes séparés avec une origine géographique différente

• Marqueurs nucléaires (7 loci microsatellites) => Une population homogène

• Contraste => Hybrides des deux populations

• Etude de la diversité intraspécifique met en lumière un inattendu double retour du marsouin commun

Le barcoding ADN est un outil très puissant dans nos études des mammifères marins

Son utilisation sera poursuivie et le catalogue de biodiversité génétique renforcé par l’ajout de nouveaux spécimens et de nouvelles espèces

Un projet de barcode de tous les mammifères marins échoués en France est en cours de création pour intensifier le suivi des mammifères marins et aider à leur conservation

Conclusion et perspectives

Contribution du “DNA barcoding” à l’étude des mammifères marins Eric Alfonsi, Eléonore Meheust, Christine Dumas, Yann Quillivic, Marie Meister, Sami Hassani & Jean-Luc Jung

Merci a toutes les personnes et institutions qui ont contribué à ce

travail