L’ADN environnemental, c’est quoi?
Nous savons que l’ADN se trouve dans toutes les cellules, de tous les êtres vivants, imaginons qu’un être vivant perd une cellule. Comment? Une plante perd une feuille, un humain se gratte et perd les cellules superficielles de sa peau, un animal perd ses poils, etc. Les organismes vivants déposent constamment du matériel génétique dans leur environnement.
Ainsi, l’ADN peut être libéré dans l’environnement par l’intermédiaire de fèces, d’urine, de gamètes, de mucus, de salive, de peau et il peut également provenir de la décomposition d’organismes morts. Dans les environnements aquatiques, les organismes morts, en décomposition, libèrent une quantité phénoménale de matériel génétique.
Donc, l’ADN environnemental (ADNe), ce sont ces cellules perdues (intactes ou non) que nous récupérons dans l’environnement. Scientifiquement, on dira l’ADNe est du matériel génétique issu d’un échantillon environnemental (eau douce, eau salée, sédiments, humus, fèces, etc.).
Pourquoi est-ce utile?
Dans un contexte de changements climatiques, il est plus qu’impératif de bien connaître les écosystèmes qui nous entourent afin de pouvoir mieux les protéger. Pour mettre en place des stratégies et des actions pertinentes visant à protéger nos écosystèmes, nous nous devons de savoir quelles espèces les peuplent. À l’aide du séquençage, l’identification de l’ADNe permet aux chercheurs(ses) d’avoir une vue d’ensemble de la communauté d’êtres vivants qui habitent un écosystème particulier, et d’en déduire les liens trophiques ainsi que les espèces clés.
Grâce à l’ADNe que nous pourrons extraire de ces échantillons d’eau, nous aurons une meilleure idée de l’état actuel de la biodiversité des cours d’eau qui nous entourent et nous pourrons ainsi mieux les comprendre et mieux les protéger.
Mission ADN-eau : le projet
Élèves du Québec, une grande étude sur les cours d’eau québécois est en cours et les chercheurs(ses) en génomique ont besoin de votre aide! Vous devez leur ramener des échantillons d’eau contenant l’ADN de diverses espèces qui vivent dans ces écosystèmes!
Vous allez collaborer avec une équipe scientifique professionnelle pour utiliser un outil de recherche puissant et très récent : l’ADN environnemental! Il vous permettra de récupérer les traces d’ADN que les êtres vivants (poissons, invertébrés et microorganismes) laissent derrière eux dans l’eau.
À l’aide de l’ADN environnemental que vous aurez prélevé, nous serons en mesure de mieux comprendre l’état de la biodiversité des cours d’eau sélectionnés pour le projet.
Ce projet de science citoyenne vous permettra de :
- Contribuer à une meilleure compréhension de l’état de la biodiversité des cours d’eau du Québec.
- Récolter des données scientifiques précieuses pour le ministère de l’Environnement, de la Lutte contre les changements climatiques, de la Faune et des Parcs. Ces données pourront servir à déployer les actions nécessaires à la conservation de la biodiversité des cours d’eau visés.
- Ouvrir le dialogue entre les chercheurs(ses) des différents ministères impliqués et les élèves pour mieux comprendre l’influence de l’activité humaine sur l’état de cette biodiversité.
L’activité, d’une durée d’une demi-journée, se déroulera sur les berges d’un cours d’eau. Les résultats des analyses seront dévoilés au printemps, lors d’une conversation en direct entre les élèves et l’équipe scientifique supervisant le projet
Cette initiative a été développée en collaboration avec le ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs, le ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques et l’Institut de biologie intégrative et des systèmes de l’Université Laval. Avec le soutien financier du ministère de l’Économie et de l’Innovation.
Documents associés
Contenu pédagogique
Voici tous les documents nécessaires à la préparation et à la tenue de l’activité :
- Guide pour le personnel enseignant
- Cahier de l’élève
- Grille d’observation
- Fiche hypothèse
- Fiche explicative de la filtration
Vidéos explicatives
Voici les trois étapes du projet :
PHASE 1 : Collecte – Les élèves
Ce projet ne pourrait pas avoir lieu sans votre aide! Vos élèves seront les chercheurs(ses) en herbe qui permettront à ce projet de prendre son envol. Vous suivrez un protocole de recherche précis et établi par une équipe scientifique professionnelle. Celui-ci vous permettra de récolter et de filtrer des échantillons d’eau de grande qualité desquels pourra ensuite être extrait l’ADNe.
Vous devez vous assurer que vos élèves respectent bien le protocole scientifique.
PHASE 2 : Analyse – L’équipe scientifique
À l’aide des échantillons que vous aurez récoltés et filtrés, les chercheurs(ses) procéderont à l’extraction de l’ADNe et au séquençage. Les chercheurs(ses) pourront identifier plusieurs espèces qui peuplent les différents cours d’eau que vous, et les autres écoles participantes aurez échantillonnés. Ce portrait de la biodiversité nous permettra de mieux comprendre comment nos cours d’eau s’adaptent aux changements climatiques et aux autres perturbations environnementales.
PHASE 3 : Retour – Ensemble
L’attestation de l’état de santé des cours d’eau
Une fois les espèces identifiées, les chercheurs(ses) et les élèves se retrouveront pour parler de la santé des cours d’eau du Québec.
- Quelles sont les plus grandes menaces qui affectent (ou affecteront probablement) les cours d’eau québécois?
- Comment pouvons-nous les protéger?
- Qu’est-ce que les données génomiques nous ont permis de savoir sur les cours d’eau échantillonnés?
Vue d’ensemble de l’expérience
MÉTHODOLOGIE
A. L’échantillonnage : Un échantillon d’eau est prélevé d’un cours d’eau. Il contient des traces d’ADN provenant de poissons, d’invertébrés et de microorganismes. C’est l’ADNe.
B. La filtration : L’échantillon d’eau est passé à travers un filtre fin par les élèves afin de récupérer les fragments d’ADN.
C. Les hypothèses : Les élèves sont invités à émettre une hypothèse.
PHASE 2 : L’équipe scientifique
D. L’extraction : L’ADN est nettoyé et conservé tandis que tout le reste est jeté (débris, poussières, sédiments, etc.).
E. L’amplification : Notre échantillon contient beaucoup plus d’ADN d’origine microbienne que d’ADN provenant des poissons et des invertébrés. Comme dans la vaste majorité des écosystèmes, la communauté de microorganismes de notre cours d’eau, bien que microscopique, est beaucoup plus importante que celle des espèces macroscopiques. Les quantités d’ADN récoltés feront état de cette différence et nous pouvons donc nous attendre à ce que notre échantillon contienne 90 % d’ADN microbien, contre 10 % d’ADN provenant d’autres sources (poissons, invertébrés, amphibiens, humains, végétaux, etc.). Afin de pallier les possibles biais que cela peut comporter lors de l’analyse, on amplifie (on copie en plusieurs exemplaires) l’ADN des poissons et des invertébrés puisque ce sont des espèces que nous voulons aussi étudier. L’amplification se fait grâce à une réaction en chaîne par polymérase : la PCR. Cette technique, qui s’effectue sur plusieurs cycles de trois étapes à différentes températures, permet de fabriquer des millions de copies d’une molécule d’ADN en utilisant l’enzyme ADN polymérase Taq.
F. Le séquençage : Les fragments d’ADN sont lus par un séquenceur. On utilise l’affinité des paires de bases pour décoder l’ordre dans lequel elles sont disposées. Pour ce faire, on dépose un fragment d’ADN simple brin dans une solution contenant des bases azotées libres modifiées. Des molécules luminescentes ont été préalablement liées aux différentes bases azotées. (ex. : Adénine – rouge, Cytosine – jaune, Thymine – vert et Guanine – bleu). On laisse les bases azotées modifiées former le brin d’ADN complémentaire à notre fragment. Les bases azotées s’associent toujours avec la même spécificité : adénine avec thymine (A-T ou T-A) et cytosine avec guanine (C-G ou G-C). Avec le séquenceur, il est possible de lire la séquence « de couleur » attachée à notre fragment d’ADN initial. Pour une séquence donnée : rouge-bleu-vert-jaune-vert-bleu-rouge-rouge, on pourra déduire que la séquence des bases azotées luminescentes est : A-G-T-C-T-G-A-A et que la séquence d’ADN initial était : T-C-A-G-A-C-T-T. On consigne ces lectures dans un fichier informatique.
G. Les analyses bio-informatiques : Des bases de données publiques contiennent la séquence complète du génome de différentes espèces étudiées et nous pouvons donc comparer la séquence que nous avons lue avec celles enregistrées. On fouille donc les bases de données des poissons, des invertébrés et des microorganismes à la recherche de l’espèce à laquelle appartient l’ADN que nous avons récolté et séquencé.
PHASE 3 : Ensemble
H. Les résultats et l’interprétation : Les chercheurs(ses) analysent les résultats et tentent de comprendre ce qu’ils signifient.
- Pourquoi retrouve-t-on plus de microorganismes dans une rivière plutôt que dans une autre?
- Pourquoi ne retrouve-t-on pas telle espèce de poissons dans ce cours d’eau?
- Que disent ces données sur la santé des cours d’eau que nous avons échantillonnés?
