DS0101 - Comprendre et prévoir les évolutions de l'environnement

Estimation de la taille absolue de population marines en danger par identification génétique des paires parent-descendant – GenoPopTaille

GenoPopTaille

Évaluer la taille absolue (nombre de géniteurs) de populations marines par méthode génétique

Utiliser une méthode génétique pour estimer le nombre d'individus adultes dans une population de poissons marins

Dans un cadre écosystémique, l'exploitation durable des ressources halieutiques dépend non seulement de l'état des espèces ciblées par la pêche commerciale, telles que le merlu, la langoustine ou la sole dans le Golfe de Gascogne, mais aussi de celui des captures accessoires, de moindre valeur commerciale. Parmi ces espèces accessoires figurent les raies et les requins dont les effectifs ont décliné drastiquement au cours du 20ème siècle. Ces espèces sont plus sensibles à l'exploitation que les espèces cibles et les méthodes existant pour estimer l'abondance des espèces cibles leur sont difficilement applicables. Le projet GenoPopTaille est destiné à développer une application novatrice des outils de génomique chez la raie bouclée, Raja clavata, pour estimer son abondance dans le Golfe de Gascogne. L'enjeu du projet était de réaliser cette estimation à partir de l'identification génétique des paires parent-descendant dans un échantillon de plusieurs milliers de raies. Outre cet enjeu central, l'évolution rapide des techniques au cours du projet a permis d'ajouter l'identification des liens de parenté entre individus ayant un parent commun, demi-frères ou sœurs et d'utiliser ces liens pour estimer la connectivité démographique entre secteurs où l'espèce est abondante et d'étudier d'autres questions comme le système de détermination du sexe chez la raie bouclée.

Une nouvelle méthode reposant sur l'identification génétique des paires parent-descendant a récemment été développée pour estimer l'effectif absolu de populations animales. Elle repose sur le principe de marquage-capture-recapture en utilisant un « marquage génétique » où un individu adulte est «recapturé« via un de ses descendant.
Les données nécessaires à l'analyse de parenté ont été obtenues à partir de marqueurs génétiques SNP (Single Nucleotide Polymorphism). Un SNP est un site polymorphe du génome, où deux variants différents d'un seul nucléotide existent dans la population. Chaque individu possède deux copies d'ADN homologues, donc deux copies de chaque SNP, chacune étant héritée d'un de ses deux parents. Un parent et un descendant partagent donc au moins une copie de chaque SNP. Deux individus frères ont reçu leurs deux copies de chaque SNP de leurs parents, mais n'ont pas nécessairement une copie commune à chaque SNP, enfin le nombre de SNP communs entre deux demi-frères est encore moindre. Il est donc nécessaire de génotyper plusieurs milliers de marqueurs SNP pour identifier des paires de frères/sœurs et de demi-frères/sœurs. Ainsi, plusieurs milliers de SNPs ont été génotypés dans le projet, en s'appuyant sur les progrès récents et rapides des outils de génomique.

L'étude de la structure de métapopulation de la raie bouclée dans l'Atlantique et la Méditerranée, basée sur les données de génomique pour identifier les SNP et des simulations a montré trois entités génétiques principales, sur le plateau continental Européen, aux Açores et en Méditerranée. Selon différents scénarios de migrations, un plus grand nombre d'entités démographiques a été identifié.
A partir des données obtenues, une puce à SNP rassemblant plus de 7000 marqueurs fonctionnels a permis de génotyper plus de 7000 raies du Golfe de Gascogne.
Une session thématique sur l'apport de la génétique pour l'évaluation des populations marines exploitées à la conférence scientifique du CIEM (Conseil International pour l'Exploration de la Mer) a été co-organisée avec des partenaires internationaux. Cette session a mis en lumière les fortes perspectives de l'approche par marquage-recapture génétique. Une partie de l'équipe du projet poursuit les travaux d'échantillonnage, génotypage et statistique dans le projet européen PANDORA.

Les perspectives sont le développement d'une méthode d'estimation de l'abondance par génétique applicable aux populations de poissons peu abondante ou relativement rares pour lesquelles les méthodes classiques basées sur les données des pêches commerciales et des campagnes à la mer sont souvent mises en échec

L'étude de la structure de métapopulation de la raie bouclée dans l'Atlantique et la Méditerranée, basée sur les données de génomique pour identifier les SNP et des simulations a montré trois entités génétiques principales, sur le plateau continental Européen, aux Açores et en Méditerranée. Selon différents scénarios de migrations, un plus grand nombre d'entités démographiques a été identifié.
A partir des données obtenues, une puce à SNP rassemblant plus de 7000 marqueurs fonctionnels a permis de génotyper plus de 7000 raies du Golfe de Gascogne.
Une session thématique sur l'apport de la génétique pour l'évaluation des populations marines exploitées à la conférence scientifique du CIEM (Conseil International pour l'Exploration de la Mer) a été co-organisée avec des partenaires internationaux. Cette session a mis en lumière les fortes perspectives de l'approche par marquage-recapture génétique. Une partie de l'équipe du projet poursuit les travaux d'échantillonnage, génotypage et statistique dans le projet européen PANDORA.

Dans un cadre écosystémique, l'exploitation durable des ressources halieutiques dépend non seulement de l'état des populations des espèces cibles principales mais aussi de celui des populations des espèces pêchées comme captures accessoires. En particulier, certaines espèces accessoires sont plus sensibles à l'exploitation que les espèces cibles ; c'est notamment le cas de nombreuses espèces d'élasmobranches (raies et requins) dont les effectifs ont décliné au cours du XX siècle, parfois très fortement. De plus, la biologie des raies et requins reste encore mal connue, et les approches halieutiques classiques pour estimer l'abondance de ces espèces se révèlent coûteuses et le plus souvent irréalisables à cause des faibles nombres observés.
Une nouvelle méthode reposant sur l'identification génétique des paires parent-descendant a récemment a été développée pour estimer la taille absolue de petites populations. La méthode repose sur le principe de marquage-capture-recapture qui est bien éprouvée pour des marquages physiques mais en utilisant un marquage génétique des parents est une recapture via les descendant. Toutefois, cette approche génétique est encore très peu utilisée pour l'évaluation des ressources halieutiques, avec peu de résultats finaux publiés, ceci en raison, notamment, des difficultés techniques et du coût induit par l'application des outils génétiques à l'échelle d'une population marine complète.
L'essor rapide des techniques de génomique au cours de la dernière décennie offre désormais la possibilité de séquencer ou génotyper à haut-débit un grand nombre d'échantillons sur plusieurs centaines ou milliers de marqueurs génétiques. Ainsi, le projet GenoPopTaille propose de développer une application novatrice de ces nouveaux outils de génomique chez la raie bouclée, Raja clavata, pour estimer l'effectif absolu de cette espèce dans le Golfe de Gascogne à partir de l'identification génétique des paires parent-descendant. La raie bouclée a été choisie pour ce projet parce que son abondance est présumée modérée permettant l’application de la méthode et l'échantillonnage de nombreux individus dans les captures de la pêche commerciale est possible.
Dans un premier temps, le projet GenoPopTaille s’appuiera sur les nouvelles techniques de séquençage à haut-débit (séquençage RAD) pour caractériser la structure génétique et les flux de gènes des populations de raies bouclées dans l’Atlantique Nord-Est à partir de plusieurs milliers de marqueurs SNP (Single Nucleotide Polymorphism). Les SNPs les plus informatifs dans le Golfe de Gascogne seront alors choisis pour, dans un second temps, génotyper un grand nombre d'adultes et de juvéniles (~7000 individus) sur un grand nombre de SNPs (~200). Ces données génétiques serviront alors à l'identification des paires parent-descendant. Le nombre de paires parent-descendants sera ensuite utilisé pour estimer par une approche statistique l'abondance de la population de géniteurs en prenant compte des facteurs comme la fécondité des individus et la mortalité. L’inclusion d’autres liens de parenté (i.e. reconstruction de familles de plein-frères et demi-frères) sera également évaluée pour les estimations d'abondance. De plus, l’utilisation des capsules d'œufs échouées à la côte sera testée pour surveiller génétiquement l'abondance des populations de raies, en utilisant les capsules collectées par un programme de science participative en cours sur les côtes françaises.
Les défis à relever par le projet GenoPopTaille sont d’abord statistique (développement de modèles de dynamique des populations et estimation des paramètres) mais aussi l'utilisation novatrice des outils génétiques. Le projet inclut une analyse de coût-bénéfice pour évaluer l'applicabilité de la méthode à d’autres populations de poissons, notamment des espèces en déclin ou menacées, dont l’abondance ne peut pas facilement être estimée par d'autres moyens.

Coordinateur du projet

Monsieur pascal lorance (Ecologie et modèles pour l'halieutique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IFREMER-HGS Halieutique Gascogne Sud
IFREMER-LGPMM Laboratoire de Génétique et Pathologie des Mollusques Marins (LGPMM)
UBO-LEMAR Laboratoire des sciences de l'environnment marin (LEMAR)
IFREMER-EMH Ecologie et modèles pour l'halieutique

Aide de l'ANR 458 428 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 36 Mois

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