Lutter contre la perte de biodiversité grâce au séquençage génomique

Neil Ward, vice-président PacBio EMEA

La perte de biodiversité au Royaume-Uni dépasse actuellement les efforts de conservation visant à y remédier, avec près d'une espèce sur six menacée de disparition. En fait, depuis 1970, l’abondance des espèces prioritaires du Royaume-Uni a diminué de 60 %, ce qui en fait le pire pays du G7.

La protection de la biodiversité britannique est un élément clé des priorités de la politique environnementale du ministère de l'Environnement, de l'Alimentation et des Affaires rurales récemment annoncées par le nouveau gouvernement britannique. Les cinq priorités vont du nettoyage des cours d'eau au renforcement de la sécurité alimentaire, mais l'objectif le plus ambitieux est peut-être « d'assurer le rétablissement de la nature ». Atteindre cet objectif nécessite des connaissances au niveau moléculaire sur la biologie des organismes – plantes et animaux. Pour parvenir à ce point de vue, le séquençage génomique doit être appliqué à la recherche sur la biodiversité. Un séquençage génomique complet et précis permet aux scientifiques d’approfondir la santé des espèces et la dynamique des populations pour éclairer les stratégies de conservation.

Séquençage génomique pour découvrir les menaces qui pèsent sur la faune

Construire l’image la plus précise et la plus complète de la biologie sous-jacente d’un organisme repose sur une méthode connue sous le nom de séquençage du génome entier (WGS). Les approches traditionnelles du WGS, appelées lectures courtes, décomposent le génome d'un organisme en petits fragments à séquencer, puis le reconstituent pour construire une image holistique de son ADN. Mais cette méthode à lecture courte a du mal à capturer des parties plus longues et plus complexes du génome qui sont particulièrement importantes dans la recherche végétale et animale. Par exemple, le génome du blé est cinq fois plus long que le génome humain, ce qui représente beaucoup de code génomique à reconstituer sans aucune erreur ni lacune.

En revanche, une forme plus avancée de séquençage du génome entier, appelée séquençage à lecture longue, peut traiter des segments d’ADN beaucoup plus grands. Cela permet aux chercheurs de capturer le génome d'un organisme de manière précise et complète. Une fois l’ADN d’un organisme entièrement décodé, les données génomiques peuvent être appliquées à la conservation de plusieurs manières :

1. Capture et catalogue – La première étape de nombreux projets de recherche sur la biodiversité basés sur la génomique consiste à construire des génomes de référence. Les génomes de référence sont des séquences d'ADN destinées à servir d'exemples représentatifs de la constitution génétique d'une espèce. Ils fournissent une norme de comparaison avec des échantillons d’ADN individuels collectés lors de recherches sur une population locale particulière. En cataloguant les espèces à l’aide de génomes de référence, les chercheurs peuvent comprendre le fonctionnement des écosystèmes et localiser les éventuelles dépendances.
2. Identifier les traits d’adaptation – Les génomes de référence aident à répondre à des questions cruciales sur la manière dont les espèces évoluent, en montrant quels gènes sont les plus susceptibles de provoquer des changements physiques et quelles variations génétiques sont les plus dominantes. Par exemple, pourquoi les pandas géants sont-ils plus sensibles à une faible fertilité et pourquoi les lions sont-ils plus vulnérables au FIV ? De telles informations peuvent contribuer à éclairer les programmes de sélection, en identifiant les plantes et les animaux présentant des adaptations plus favorables.
3. Diversité de la population – Les populations présentant une diversité génétique élevée ont plus de chances de survivre à de nouvelles conditions environnementales, tandis que les espèces présentant une faible diversité génétique sont moins susceptibles de s’adapter, ce qui augmente le risque d’extinction. L'analyse de la variation génétique au fil du temps peut indiquer quand une espèce risque de décliner dans un endroit donné, donnant ainsi aux scientifiques la possibilité d'intervenir et de prévenir les extinctions.

Séquençage de la faune sauvage du Royaume-Uni avec l'arbre de vie de Darwin

Le projet Darwin Tree of Life (DToL) est un exemple de la manière dont le Royaume-Uni s'efforce de lutter contre la perte de biodiversité, de restaurer la nature britannique et de soutenir les programmes de conservation. Le projet DToL vise à séquencer génétiquement les 70 000 espèces des îles britanniques, contribuant ainsi au projet Earth BioGenome. En novembre 2023, le DToL avait publié plus de 1 000 assemblages génomiques de qualité de référence dans des bases de données publiques, prêts à être utilisés par les chercheurs du monde entier. Tel que:

• Bourdon – 85 à 95 % des cultures pollinisées par les insectes au Royaume-Uni dépendent de pollinisateurs sauvages, mais les populations de bourdons sont menacées à l'échelle mondiale. Grâce à des génomes de bourdons de haute qualité, les chercheurs peuvent identifier les parties du génome qui sont importantes pour la santé des populations contemporaines, ce qui peut contribuer aux efforts de conservation.
• Crapaud – Les populations britanniques de crapaud commun ont considérablement diminué, certaines maladies anéantissant des populations reproductrices locales entières. Grâce à la génomique, les chercheurs peuvent identifier des gènes spécifiques de résistance aux maladies, ce qui peut orienter les programmes de sélection et minimiser le risque d’extinction.
• Pommier – La Grande-Bretagne et l’Irlande comptent environ 2 500 variétés locales de pommes comestibles, soit un tiers des quelque 7 500 que l’on trouve dans le monde. Avec des séquences portant sur plus de 40 pommiers, les chercheurs peuvent identifier les traits génétiques qui sont plus susceptibles de survivre à de nouvelles conditions environnementales, telles que la hausse des températures et les sécheresses, et de générer les rendements les plus élevés.

Réaliser la promesse de la génomique de la biodiversité

Le projet Darwin Tree of Life est l'un des nombreux partenariats collaboratifs qui transforment la manière dont le Royaume-Uni mène la recherche et la conservation de la biodiversité – mais le travail n'est pas terminé. Seules 900 des 450 000 espèces végétales estimées sur Terre ont été séquencées, tandis que 0,2 % des espèces animales ont été séquencées. avoir une séquence génomique accessible au public. Il faut investir davantage à l'échelle mondiale dans les projets de génomique de la biodiversité comme le DToL et dans les dernières technologies de séquençage pour faire progresser la politique de conservation et protéger l'écosystème terrestre.