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L'histoire de deux niveaux de biodiversité démontrée par le code-barre d'ADN chez les crustacés de l'Atlantique du Nord

Radulovici, Adriana (2012). L'histoire de deux niveaux de biodiversité démontrée par le code-barre d'ADN chez les crustacés de l'Atlantique du Nord. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 240 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: La biodiversité est la variété de la vie et elle peut être étudiée à différents niveaux (génétique, espèces, écosystèmes) et à différents échelles (spatiale et temporelle). Les dernières décennies ont montré que la biodiversité marine avait été gravement sous-estimée. Afin d'étudier les caractéristiques de la grande diversité des espèces marines et les processus sous-jacents de l'évolution de ces dernières, il est évident et nécessaire de connaître les espèces. Nous sommes aujourd'hui confrontés aux taux les plus élevés d'extinction depuis la constitution de la société humaine (<<crise de la biodiversité ») et seule une fraction d'espèces a été officiellement décrite (1,9 millions sur 11 millions) , en raison, entre autres, d'une pénurie de taxonomistes formés et disponibles pour cet immense travail. Tous ces facteurs ont conduit à la proposition d'outils moléculaires pour permettre et faciliter l'identification des espèces et notamment le barcode moléculaire (le code-barres d'ADN). Il s'agit de séquencer un fragment d'ADN du gène mitochondrial cytochrome c oxydase 1 (COI) qui constitue alors un outil rapide, précis et rentable pour identifier les espèces. Ainsi, chaque espèce peut être définie par une étiquette d'identification unique et permanente qui ne sera pas changée par une éventuelle modification taxonomique. Outre l'attribution d'échantillons inconnus à des espèces identifiées a priori, les données fournies par le code-barres d'ADN seront très utiles pour des études phylogéographiques comparatives entre taxons multiples, pour clarifier les relations phylogénétiques à différents niveaux taxonomiques et pour élaborer des patrons évolutifs et de spéciation entre les groupes d'organismes. Le Chapitre 1 présente une mise en contexte du code-barres d'ADN par une revue des études qui ont été publiées sur le sujet, notamment en ce qui concerne l'identification des espèces marines. Le Chapitre 2 élabore une bibliothèque pour les crustacés marins de l'estuaire et du golfe du St. Laurent. Toutes les données (taxonomie, informations sur l'échantillonnage, images, séquences d'ADN et chromatogrammes), sont stockées en ligne dans le Barcode of Life Data Systems (BOLD) et sont disponibles pour un usage général. Les spécimens utilisés sont conservés comme 'vouchers' dans des institutions publiques pour des vérifications futures . Les résultats ont montré la présence d'un amphipode invasif dans l'estuaire (mentionné précédemment dans les Grands Lacs et à Montréal, avec des effets sur la faune indigène d'amphipodes), et l'existence d'espèces cryptiques potentielles chez les amphipodes, mysidacés et décapodes. Le Chapitre 3 est axé sur l'utilisation des séquences COI fournies par le code-barres d'ADN comme un outil complémentaire pour la taxonomie et la phylogénie des amphipodes de la famille Talitridae dans l'Atlantique du Nord. En effet, la distribution et la diversité actuelle des espèces est le résultat de processus d'évolution et d'interaction avec l'environnement à l'échelle d'une région géographique. Les études phylogénétiques permettent d'appréhender cette problématique en élaborant des scenarios évolutifs des relations entre taxons. Les résultats montrent l'existence d'espèces cryptiques chez trois espèces morphologiques. En outre, les genres anciens ne semblent pas être monophylétiques, suggérant la nécessité d'une révision taxonomique chez cette famille. Le Chapitre 4 aborde le thème de la diversité génétique qui permet la persistance des populations et des espèces dans le temps en permettant une adaptation continue aux changements environnementaux. À de grandes échelles spatiales, la diversité intraspécifique peut être structurée en généalogies en fonction de la géographie, définissant alors des patrons phylogéographiques, qui peuvent coïncider ou pas avec les divisions biogéographiques. Les séquences COI générées par le code-barres d'ADN ont été utilisées pour déduire des patrons phylogéographiques chez une espèce d'amphipode avec une distribution amphiAtlantique, Gammarus oceanicus. Cette espèce est très abondante et représente une partie importante des communautés intertidales et des réseaux trophiques côtiers. Les résultats ont montré une division profonde au sein de cette espèce avec deux groupes ayant une séparation latitudinale (la région tempérée du Canada Atlantique versus la région subarctique du Baie d'Hudson et l'Europe), indiquant la présence des deux espèces cryptiques potentielles. L'ensemble de ces travaux de recherche a montré que la biodiversité marine, notamment chez les crustacés marins de l'Atlantique du Nord, était sous-estimée. Des espèces cryptiques potentielles ont été trouvées chez huit espèces morphologiques, sachant que seulement les espèces les plus communes ont été échantillonnées pour cette étude. Le taux de diversité augmentera certainement avec l'ajout d'échantillonnes de différents taxons, de divers types d'habitat et de régions marines distinctes. -- ABSTRACT: Biodiversity is the variety of life and can be studied at different levels (genetic, species, ecosystems) and at different scales (spatial and temporal). The past decades have shown that marine biodiversity has been severely underestimated. To study the characteristics of the great diversity of marine species and the underlying processes of formation and maintenance of marine biodiversity, it is obvious and necessary to know what lives out there. We are now faced with the highest extinction rates since the formation of the human society ("biodiversity crisis") and only a fraction of species was formally described (1.9 million of 11 million), because of a shortage of trained taxonomists available for this immense work, among other things. Ali these factors have led to the proposai of molecular tools to enable and facilitate the identification of species including DNA barcoding. This method uses a DNA fragment of the mitochondrial gene cytochrome C oxidase subunit 1 (COI) as a fast, accu rate and cost effective tool to identify species. Thus, each species can be defined by a unique identification tag that will not be changed during taxonomic revisions. In addition to the assignment of unknown specimens to species identified a priori by taxonomists, data generated through barcoding studies will be very useful for comparative phylogeographic studies of multiple taxa, phylogenetic studies at different taxonomic levels and for studies on evolutionary patterns between groups of organisms. Chapter 1 provides some background on DNA barcoding with a review on studies that were published on the subject, especially those focusing on the identification of marine species. Chapter 2 develops a reference library for marine crustaceans from the Estuary and the Gulf of St. Lawrence. Ali data (taxonomy, collection information, images, DNA sequences and chromatograms) are stored online in the Barcode of Life Data Systems (BOLD) and are available for general use. Specimens used for barcoding are kept as "vouchers" in public institutions for future use. The results showed the presence of an invasive amphipod in the estuary (mentioned previously in the Great Lakes and near Montreal, with impact on the native fauna of amphipods), and the existence of potential cryptic species in amphipods, mysids and decapods. Chapter 3 focuses on the use of COI sequences provided through DNA barcoding as a complementary tool for taxonomy and phylogeny of the amphipod family Talitridae in the North Atlantic. The current distribution and diversity of species is the result of evolutionary processes and interaction with the environment across a geographic region . Phylogenetic studies can investigate this issue by developing evolutionary scenarios on the relationships between taxa. The results show the existence of cryptic species in three morphological species. In addition, older genera do not cryptic species in three morphological species. In addition, older genera do not appear to be monophyletic, suggesting the need for taxonomie revisions in this family. Chapter 4 addresses the issue of genetic diversity which enables the persistence of populations and species over time, allowing continuous adaptation to environ mental changes. At large spatial scales, diversity within species can be structured in genealogies according to geography, thus defining phylogeographic patterns, which may coincide or not with biogeographic divisions. COI sequences generated by DNA barcoding were used to infer phylogeographic patterns in an amphipod species with amphi-Atlantic distribution , Gammarus oceanicus. This species is very abundant and an important part of the intertidal communities and coastal food webs. The results showed a deep division within this species with two divergent groups corresponding to a latitudinal segregation (temperate region of Atlantic Canada versus the subarctic Hudson Bay and Europe), indicating the presence of two potential cryptic species. This research showed that marine biodiversity, as seen in marine crustaceans from North Atlantic, was underestimated. Potential cryptic species were found in eight morphological species, knowing that only the most common species were sam pied for this study. The level of diversity will certainly increase with the addition of different taxa, different types of habitat and distinct marine regions.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Dufresne, France et Sainte-Marie, Bernard
Informations complémentaires: Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie extensionné de l'Université du Québec à Montréal.
Mots-clés: Biodiversite Marin Code-barre Adn Identification Espece Crustace Crustacea Diversite Atlantique Nord Genetique Marqueur Molecule Moleculaire
Départements et unités départementales: Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 19 mars 2014 18:01
Dernière modification: 13 mars 2015 14:33
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/853

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