Le metabarcoding ADN sur insectes pour évaluer l'état de santé des forêts

Publié par Isabelle le 23/01/2022 à 13:00
Source: INRAE
Comment mesurer l'impact du dépérissement forestier provoqué par les changements globaux sur la biodiversité ? Pour la première fois, une équipe internationale de recherche impliquant des scientifiques d'INRAE, du CNRS et de l'Université de Tours (L’université de Tours est une université française pluridisciplinaire...), a analysé la diversité des communautés d'insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large...) qui représentent 60 % de la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie...) forestière, grâce à la technique du metabarcoding ADN. Cette méthode permet l'analyse globale d'échantillons prélevés dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...), ici appliquée à plus de 200 échantillons d'insectes issus des sapinières des Pyrénées.

Leurs résultats, publiés le 18 janvier dans Communications Biology, montrent que le dépérissement des sapinières provoque de forts changements dans la composition des communautés d'insectes et pourrait avoir un impact sur des services écosystémiques comme la pollinisation (La pollinisation est le mode de reproduction privilégié des plantes angiospermes et...) ou la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...). L'étude montre également que le metabarcoding ADN pourrait à l'avenir être utilisé par les gestionnaires forestiers pour le suivi de la biodiversité et l'adaptation de leur méthode de gestion.


Piège pour capturer des insectes dans une parcelle expérimentale à haut niveau de dépérissement forestier dans le Pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) de Sault, Pyrénées françaises.

Les changements globaux affectent profondément les écosystèmes forestiers. Les sécheresses, combinées aux températures élevées et aux attaques des pathogènes ainsi que de certains insectes, entrainent une mortalité accrue de certaines espèces d'arbres clés de voutes des forêts d'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) comme le sapin (Les sapins sont des arbres conifères du genre Abies originaires des régions...) pectiné. La diversité en espèces, l'abondance et la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...) des insectes, qui représentent 60 % de la biodiversité forestière, ont ainsi connu récemment un déclin marqué dans les forêts européennes. Jusqu'à présent, le suivi de la biodiversité forestière ne considérait qu'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) réduit d'espèces bioindicatrices1et reposait sur des méthodes d'échantillonnages longues et coûteuses. Or la prise en compte de groupes hyper-diversifiés, comme certains groupes d'insectes, est indispensable pour avoir une meilleure indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit...) de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) des écosystèmes forestiers. C'est maintenant possible grâce au développement de nouvelles techniques d'analyse moléculaire comme le metabarcoding ADN: cette méthode innovante permet à la fois d'identifier rapidement les différents ADN présents dans un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) prélevé dans l'environnement, de connaître le nombre d'espèces présentes et d'en identifier la plupart grâce aux bases de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) des codes-barres ADN de référence.

Près de 3 000 espèces d'insectes passées au crible du metabarcoding ADN

L'équipe a mené une étude sur 56 sapinières gérées dans les Pyrénées françaises qui souffraient d'un indice de dépérissement plus ou moins fort, conséquence des canicules répétées depuis 2003. Plus de 200 échantillons d'insectes furent collectés grâce à des pièges passifs au cours d'une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...). Grâce à l'analyse metabarcoding ADN, les chercheurs ont pu identifier près de 3 000 espèces d'insectes dans les échantillons. Leurs résultats montrent que si le dépérissement des forêts n'affecte pas le nombre d'espèces présentes, la composition des échantillons est très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) entre les sapinières souffrant d'un fort dépérissement et celles ne présentant pas ou peu de dépérissement. En particulier, les assemblages d'espèces de deux groupes écologiquement très importants, les diptères (mouches, syrphes, moustiques, taons, moucherons) et les hyménoptères (guêpes, abeilles, fourmis, parasitoïdes et frelons) sont très marqués par des niveaux élevés de dépérissement. Cela peut ainsi induire des conséquences sur certaines fonctions écologiques essentielles comme la pollinisation, la décomposition, ou la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) des populations d'arthropodes2.

Le dépérissement forestier augmente considérablement le risque de perte d'espèces rares par l'homogénéisation des conditions environnementales. En revanche, la pratique de coupes sanitaires des sapins dépérissants, comme réalisées dans les Pyrénées ne semble pas avoir d'impact significatif ni sur la richesse spécifique ni sur la composition des communautés d'insectes. Cependant, il apparait essentiel de préserver certaines caractéristiques environnementales qui favorisent la biodiversité à différentes échelles. L'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) et l'ouverture de la canopée (La canopée est l'étage supérieur de la forêt, en contact direct avec...) sont les principaux facteurs régissant les changements de communautés d'insectes à l'échelle locale. La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de bois mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) disponible ainsi que la diversité et la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) en dendromicrohabitats (ex: cavités d'arbres, écorces arrachées, etc.), pouvant abriter certaines espèces d'insectes très spécialisées, sont les déterminants environnementaux majeurs à des échelles spatiales plus larges pour préserver la diversité des communautés d'insectes.

Cette étude montre que le dépérissement forestier affecte significativement la composition des communautés d'insectes forestiers et les fonctions écologiques qui en résultent. Plus largement, elle a démontré la faisabilité d'utiliser le metabarcoding ADN pour le suivi de la biodiversité forestière, notamment pour évaluer l'impact des changements globaux et la capacité de résilience des forêts.

Notes:
1 - Bioindicateur: organisme ou groupe d'organismes dont la présence ou l'état renseigne sur certaines caractéristiques écologiques d'un écosystème et donne des informations sur l'incidence de modifications environnementales (ex: épisode de sécheresse, pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...)...).
2 - Invertébrés au corps formé de segments articulés dont font partie les crustacés (Les crustacés (Crustacea) sont des arthropodes, c'est-à-dire des animaux dont le corps...), les insectes, les arachnides...


Référence:
Lucas Sire, Paul Schmidt Yáñez, Wang Cai, Annie Bézier, Béatrice Courtial, Jérémy Cours, Diego Fontaneto, Laurent Larrieu, Christophe Bouget, Simon Thorn, Jörg Müller, Douglas W. Yu, Michael T. Monaghan, Elisabeth A. Herniou & Carlos Lopez-Vaamonde. Climate-induced forest dieback drives compositional changes in insect communities that are more pronounced for rare species. Communications Biology,5 Article number: 57 (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-021-02968-4

Etude réalisée dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) ANR CLIMTREE
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