Évaluer la pollution des milieux aquatiques avec l'ADN des diatomées : où en sommes-nous ?

摘要

L'évaluation de l'état écologique des cours d'eau repose sur le calcul d'indices de qualité basés sur la sensibilité de certains groupes biologiques, dont les diatomées, à la pollution. La détermination et la quantification des espèces de diatomées reposent généralement sur des méthodes d'identification morphologique en microscopie qui peuvent paraître complexes, chronophages et relativement onéreuses. Au cours de la dernière décennie, une nouvelle méthode de biologie moléculaire basée sur l'ADN a été développée, permettant d'identifier les espèces sur la base de critères génétiques plutôt que sur des critères morphologiques : le métabarcoding. En combinaison avec les technologies de séquençage à haut débit, le métabarcoding permet d'identifier l'ensemble des espèces présentes au sein d'un échantillon environnemental et de traiter plusieurs centaines d'échantillons en parallèle. Cet article présente les résultats de deux études récentes menées sur les cours d'eau de Mayotte (2013-2018) et de France métropolitaine (2016-2018), visant à tester le potentiel d'application du métabarcoding pour la bio-indication au sens de la directive cadre sur l'eau (DCE). Nous abordons les différents développements méthodologiques et optimisations qui ont été réalisés pour fiabiliser les inventaires taxonomiques de diatomées produits en métabarcoding, notamment en matière de quantification des espèces basée sur l'abondance relative des séquences ADN. Nous présentons ensuite les résultats d'application de l'approche moléculaire pour l'évaluation de l'état écologique de plus de 500 sites de cours d'eau nationaux, en les confrontant avec les résultats obtenus via l'approche classique en morphologie. Finalement, nous discutons du potentiel d'application en routine du métabarcoding à l'échelle des réseaux de surveillance des cours d'eau, de ses limites d'application et proposons certaines recommandations pour une future implémentation complémentaire à l'approche morphologique actuellement prescrite dans les arrêtés réglementaires.%The assessment of the ecological status of streams relies on the calculation of quality indices based on the sensitivity of certain biological groups to pollution, including diatoms. The determination and quantification of diatom species is generally performed using morphological identification methods under microscope, which are complex, time-consuming and rapidly expensive. In the last decade, a new DNA-based method has been developed which uses genetic criteria to identify species rather than morphological criteria: metabarcoding. In combination with high-throughput sequencing technologies, DNA metabarcoding can identify all the species present in an environmental sample and process several hundred samples in parallel. These advantages make metabarcoding an interesting biomonitoring tool for assessing the ecological status of the thousands of streams sites monitored every year in France as part of the monitoring program of the Water Framework Directive. This paper presents the results of two recent studies carried out on the main island of the French overseas department of Mayotte (2013-2018) and Mainland France (2016-2018) streams to evaluate the potential of DNA metabarcoding for biomonitoring. We discuss the different methodological developments and optimizations performed to improve reliability of the taxonomic inventories of diatoms produced in metabarcoding, particularly regarding species quantification based on the relative abundance of DNA sequences. We present the results of application of the molecular approach for the assessment of the ecological status of more than 500 national streams sites, comparing them with the results obtained with the classical morphological approach. Finally, we discuss the potential application of metabarcoding in routine at the scale of stream monitoring networks, its application limits and some recommendations for a future implementation along with the morphological approach.