IBTSS-05-OMM
Protocole d’extraction de l’ADN des Ephémères
introductif
A l’heure où divers changements environnementaux globaux se produisent à savoir le réchauffement climatique, la pollution solide et liquide liés à diverses actions anthropozoïques, la biodiversité est touchée de plein fouet, surtout celle des eaux douces qui a nettement régressé comparée à celle des écosystèmes terrestres (Sala et al., 2000) en raison de la perte de la qualité des habitats et de leur connectivité (Murria et al., 2017).
Dans ce premier chapitre nous présentons toutes les caractéristiques bioécologiques et géographiques des Ephéméroptères et en particulier des Schistonotes ainsi que les raisons du choix et de l’orientation de notre étude.
Objets d’étude et intérêt
« Les Ephémères sont ces petites bêtes qui nous parlent de l’eau » – Expo Aqualogue – Musée de zoologie de Lausanne.
Les Ephéméroptères ont toujours suscité l’intérêt des hydrobiologistes pour diverses qualités biologiques, maillons forts et à la fois fragiles de la chaîne alimentaire. Leur appareil digestif se calque à la qualité de leur habitat ce qui fait d’eux de bons indicateurs du milieu. La variété de leurs branchies et leur adaptation à l’hydrodynamisme font partie de leurs caractéristiques majeures. Ils offrent ainsi une variété de choix d’étude durant leur cycle de vie et constituent par cette qualité d’excellents entrainements pour
l’hydrobiologiste non avertis.
Elouard et al. (2001) affirment qu’une importante disparition des Éphémères des rivières conduirait à la perturbation de toute la structure des peuplements benthiques et plus encore les chaînes trophiques, car étant donné que ces insectes sont d’importants maillons de la chaîne trophique ayant un rôle non négligeable dans la décomposition et la transformation des nutriments ou comme proies pour des prédateurs. Dans la plupart des cas, leur sensibilité aux perturbations du milieu et notamment aux pollutions leur confère une propriété de bioindicateurs. Adultes, ils sont considérés comme des éléments du plancton aérien et jouent à ce titre un rôle important pour le réseau trophique (www.opie-benthos.fr).
Classification phylogénétique/cladistique
Notions de base
La phylogénie est l’étude des relations évolutives entre êtres vivants, elle étudie les relations de parenté entre les taxons et représente sous forme d’arbre le résultat de ces relations. Ces relations de parenté sont définies selon le sens des transformations évolutives (i.e. dans le temps) des caractères phénotypiques ou même génotypiques des taxons.
La classification phylogénétique ou cladistique est un système de classification des êtres vivants qui s’appuie sur la phylogénie. Elle suit le sens des transformations évolutives des caractères. Les critères de classification sont la monophylie, la paraphylie et la polyphylie (Fig. 1). Un groupe monophylétique comprend un ancêtre et tous ses descendants ; un groupe paraphylétique comprend un ancêtre et une partie de ses descendants ; un groupe polyphylétique comprend des membres sans ancêtres pris en compte.
Le clade est un groupe monophylétique qui comprend un organisme appelé l’ancêtre et la totalité de ses descendants. C’est l’unité de base de la classification phylogénétique (Fig. 2).
Fécondation
Selon les descriptions de Brittain (1982) et Brittain & Sartori (2003), la fécondation se fait comme suit :
Arrivé au stade de l’imago, l’éphémère est enfin prêt à copuler, les valeurs de fécondité enregistrées pour les femelles des plus grandes espèces d’Ephéméroptères sont l’unes plus élevées que celles de la quasi-totalité des autres groupes d’insectes, sachant que les femelles de grande taille sont observées chez les espèces bivoltines ou à période d’émergence longue.
A part quelques cas de parthénogenèse partielle ou totale, le chemin vers la fécondation commence par l’essaimage qui est réalisé exclusivement par les mâles à l’exception des familles des Caenidae et des Tricorythidae, où il n’y a pas de restriction pour les femelles, autrement, les femelles volent à la rencontre des mâles et s’accouplent en plein vol presque aussitôt. Selon Blais & al. (2016), pendant les danses nuptiales, les groupes de mâles réalisent un vol ascendant ou pendulaire i.e. ils s’élèvent verticalement et rapidement pour ensuite se laisser retomber lentement, les ailes écartées et passives puis réitérer leur phase ascensionnelle. Les mâles meurent aussitôt après l’accouplement. Cependant, il existe des femelles comme celles des Tricorythidae qui remontent les cours d’eau et les mâles les rejoignent pour s’accoupler.
Pièces buccales de type broyeur des Ephéméroptères (Studemann et al., 1992).
Les larves sont généralement détritivores (e.g. : les Siphlonuridae, Baetidae, Leptophlebiidae, Metretopodidae, Ephemerellidae, Caenidae et Baetiscidae, ainsi que certains Heptageniidae) ; certaines sont herbivores (détritus végétaux et périphyton) et dans ces deux cas les mandibules sont de forme triangulaire (Elouard et al., 2001). Les herbivores sont soit des racleurs ou brouteurs (e.g.: Les Baetidae, Heptageniidae, Leptophlebiidae et Caenidae) (Edmunds & al, 1976), les broyeurs sont probablement aussi représentés parmi les éphémères (e.g. Epeorus de la famille des Heptageniidae) ; soit des collecteurs dont plusieurs genres sont des filtreurs qui utilisent des soies sur les pièces buccales ou sur les pattes antérieurs comme filtre (Wallace & Meritt, 1980) (e.g. : les Oligoneuriidae, Leptophlebiidae, Siphlonuridae et le Heptageniidae, Ephemeridae et Polymitarcyidae), toutefois, le régime alimentaire peut être modifié ; selon les besoins ; des premiers stades aux stades adultes larvaires sans oublier que plusieurs espèces (e.g. : Siphlonurus occidentalis, Stenonema fuscum) passent d’un régime largement détritique à un autre plus concentré en matière organique d’origine animale (Brittain & Sartori, 2003).
Conclusion générale
Cette étude nous a permis d’atteindre les objectifs qu’on s’est posé au départ et même bien au-delà, en effet, outre l’identification de la composition actuelle des Ephéméroptères Schistonotes du bassin versant de la Tafna, majoritairement constituée de Baetidae, nous avons obtenu des résultats originaux et ce, grâce à une méthodologie d’étude trilogie adoptée.
Présenter les résultats obtenus d’une manière simplifié donnerait : chaque espèce est identifiée (taxonomie morphologique) dans un habitat identifié (écologie de l’espèce) avec une biogéographie précise (taxonomie biomoléculaire).
A l’échelle du bassin versant, l’étude in situ a permis de montrer la grande variabilité de la faune d’Ephéméroptères ; dans essentiellement les stations de l’amont ; 30ans après l’étude de Gagneur et Thomas ; une faune appauvrie dans une situation climatique aride et une pression anthropique lancinante, cependant, gardant un caractère bien endémique de la région Afrique du Nord et non pas européennes comme l’hypothèse supposée au départ. La distribution de cette faune étant principalement modulée par la conductivité et la présence d’habitat non altéré.
Comme la biodiversité n’est pas fixe dans le temps mais changeante vu que l’écosystème aquatique lotique est lui-même très dynamique et fortement perturbé, continuer l’échantillonnage à des fins de biomonitoring des oueds ou d’échantillonnage à des fins d’études taxonomiques de façon régulière permettrait de suivre son évolution.
L’outil biomoléculaire, sans être à lui seul la panacée aux contraintes de l’identification à l’espèce, permet de positionner une espèce donnée aux niveaux intra et interspécifique et d’évaluer leur distante génétique – donc, leur cospécificité ou pas- avec d’autres espèces du bassin méditerranéen ou bien européennes autrement dit, les plus proche sur le plan biogéographique.
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Table des matières
Chapitre I : Contexte introductif
1 Objets d’étude et intérêt
1.1 Classification
1.1.1 Classification taxonomique classique
1.1.2 Classification phylogénétique/cladistique
1.1.2.1 Notions de base
1.1.2.2 Haute classification des Ephéméroptères
1.1.2.3 Position taxonomique
1.2 Cycle biologique et morphologie
1.2.1 L’oeuf
1.2.2 La larve
1.2.3 La croissance larvaire
1.2.4 L’adulte
1.3 Biologie des espèces
1.3.1 Rythmes d’émergence
1.3.2 Fécondation
1.3.3 Oviposition
1.3.4 La respiration
1.3.5 L’alimentation
1.3.6 Ethologie et Ecologie
1.3.7 Interactions biotiques
1.3.8 Sensibilité
1.4 Biogéographie
1.5 Historique des Ephéméroptères de l’Afrique du Nord
2 Problématique de l’étude
3 Objectifs de l’étude
Chapitre II : Méthodologie
1. Etude du cadre physique
1.1 Géographie du bassin versant de la Tafna
1.2 Hydrographie du bassin
1.2.1 La Haute Tafna
1.2.2 La Moyenne Tafna
1.2.3 La Basse Tafna
1.3 Contexte géologique
1.3.1 Le bassin amont
1.3.2 Le bassin aval
1.3.2.1 Le Plio-quaternaire
1.4 Régime hydrologique
1.5 Climatologie régionale
1.5.1 Température et précipitations
1.5.2 Diagramme ombrothermique de Bagnouls et Gaussen 1953
1.5.3 Indice d’aridité de De Martonne (1926)
1.5.4 Quotient pluviothermique d’Emberger Q2 (1933,1955)
1.6 Localisation et description des sites d’étude
2. Méthodes
2.1 Protocole d’échantillonnage sur terrain
2.2 Protocole au laboratoire
2.2.1 Tri et identification des spécimens
2.2.2 Taxonomie moléculaire
2.2.2.1 Barcode moléculaire
2.2.2.2 Protocole d’extraction de l’ADN des Ephémères
2.2.2.3 Purification de l’ADN
2.2.2.4 Concentrations d’ADN
2.2.2.5 Polymerase Chain Reaction PCR
2.2.2.6 Migration sur gel
2.2.2.7 Purification
2.2.2.8 Réactions de séquences
2.2.2.9 Séquençage Méthode Sanger
2.2.3 Bioinformatique
2.2.3.1 Correction des séquences et alignement
2.2.3.2 Analyses phylogénétiques
Chapitre III : Résultats et discussion
1 Révisions taxonomiques
– Inventaire faunistique
1.1 Les Baetidae
1.1.1.1 Les Baetinae
– Baetis Leach, 1815 s.l
a. Baetis sinespinosus Soldán & Thomas, 1983
b. Baetis atlanticus Soldán and Godunko 2006
c. Acentrella c.f. sinaica Bogoescu, 1931
d. Baetis maurus Kimmins, 1938
e. Baetis c.f. pavidus Grandi, 1949
1.1.1.2 Les Cloeoninae
a. Cloeon peregrinator Gattolliat and Sartori, 2008
b. Procloeon stagnicola Soldán & Thomas, 1983
1.1.2 Les Heptageniidae
1.1.3 Les Leptophlebiidae
1.1.3.1 Les Atalophlebiinae
1.1.3.2 Les Leptophlebiinae
1.1.3.3 Les Habrophlebiinae
2 Barcoding moléculaire
2.1 Utilité
2.2 Principaux résultats obtenus
3 Ecologie des espèces du bassin versant de la Tafna
3.1 Objectifs atteints
3.2 Principaux résultats obtenus
Conclusion générale
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