Développement et application de la technologie de génomique de la nouvelle génération pour améliorer la gestion des populations et des écosystèmes marins

Description

Cette recherche devrait s'avérer bénéfique aux travaux du Ministère pour cinq raisons

1. elle aide à gérer les populations et les écosystèmes en voie de disparition et menacés;
2. elle aide à déterminer les conséquences des interactions entre les saumons sauvages et d'élevage;
3. elle aide à évaluer la propagation des espèces aquatiques envahissantes dans les habitats côtiers;
4. elle fournit des données sur les réponses adaptatives possibles des espèces marines aux changements climatiques;
5. elle améliore l'expertise et les capacités du Canada en matière de génomique et de bio-informatique.

Les travaux du Laboratoire de biotechnologie aquatique permettront de promouvoir et de soutenir l'utilisation d'approches génomiques dans la zone atlantique.

La cartographie des variations génomiques est un élément essentiel pour comprendre la fonction des gènes, leur distribution chez les individus et la biogéographie. Les marqueurs génétiques les plus abondants, les polymorphismes mononucleotidiques (SNP), sont parfaits pour la cartographie et la découverte de gènes. Toutefois, le processus d'élaboration peut être long et onéreux. Ce projet de recherche se sert du séquençage nouvelle génération de l'ADN associé aux sites comportant des restrictions en le combinant à des expériences de mise en culture en laboratoire afin d'identifier et de passer au crible des milliers de SNP chez une espèce de poisson (saumon de l'Atlantique, Salmo salar) et deux espèces d'invertébrés marins (pétoncle géant de l'Atlantique, Placopecten magellanicus et crabe vert, Carcinus maenas).

Tandis que d'autres approches de séquençage du génome dans son intégralité est possible, le séquençage de l'ADN associé aux sites comportant des restrictions a permis de réaliser un échantillonnage sur les sites comportant des restrictions de génomes cibles, pour obtenir des données génétiques à l'échelle de populations sur de nombreux individus appartenant à des espèces sur lesquelles on ne disposait pas ou pratiquement pas de données génétiques, de surcroît plus rapidement et pour un coût réduit. Ces lectures de génome et ces expériences en laboratoire ont permis d'identifier des régions du génome et des traits impliqués dans les adaptations associées au climat que l'on estime essentielles à la stabilité des pêches, à la persistance des espèces, ainsi qu'à l'établissement et la propagation des espèces aquatiques envahissantes. De plus, chez le saumon de l'Atlantique, l'observation de poissons de la région (à la fois sauvages et en captivité) a maximisé la capacité d'évaluation de la quantité d'échange de gènes qui a eu lieu entre les saumons sauvages et les saumons d'élevage.

Résultats : Ce projet a donné d'excellents résultats. La description (le séquençage) des banques d'ADN associé aux sites comportant des restrictions et l'identification de SNP sont terminées pour les trois espèces. Le traitement et l'analyse, qui comprend l'analyse des SNP chez toutes les espèces pour l'identification de l'échelle génomique et géographique d'adaptation, sont également terminés pour les données de séquençage de l'ADN associé aux sites comportant des restrictions. Plus précisément :

• 17 échantillons de saumon de l'Atlantique, notamment de saumons sauvages provenant du sud de Terre-Neuve et de représentants de lignées d'aquaculture, ont été examinés à l'aide de SNP identifiés par séquençage de l'ADN associé aux sites comportant des restrictions. Toutes les analyses sont terminées et plusieurs marqueurs génétiques ont été identifiés et testés.
• L'analyse de la structure des stocks de saumon de l'Atlantique à l'aide de SNP dérivés de séquences d'ADN associé aux sites comportant des restrictions a permis d'identifier une diversité inattendue au sud de Terre-Neuve, ce qui a entraîné une révision des unités de conservation de la région; un article a été publié dans le journal Molecular Ecology . (disponible en anglais seulement)
• L'analyse de données afin d'explorer les différences entre les saumons de l'Atlantique sauvages et d'élevage est terminée. Cette analyse indique une identification très précise des saumons échappés des élevages et des hybrides. Les SNP identifiés au cours de ce projet servent désormais de base pour de nouveaux projets de recherche en cours dans le cadre de l'Initiative de recherche et développement en génomique (IRDG).
• L'analyse de données a été effectuée pour les résultats provenant de la banque de séquençage de l'ADN des quatorze échantillons de pétoncles. L'analyse génétique des populations visant à évaluer les données de séquençage de l'ADN associé aux sites comportant des restrictions en les comparant aux facteurs océanographiques et biologiques est terminée.
• Les analyses révèlent un écart important entre (i) les stocks de pétoncles de Terre-Neuve et du golfe du Saint-Laurent et (ii) ceux du sud du plateau néo-écossais, de la baie de Fundy/du golfe du Maine et du plateau du golfe médio-atlantique. Une analyse plus poussée des populations de pétoncles de Terre-Neuve et du golfe du Saint-Laurent a également permis de mettre en évidence des différences dans la structure de leurs populations, ce qui indique que des processus différents pourraient avoir une influence sur différents niveaux de structuration de la population dans la région.
• Le séquençage des banques d'ADN et l’identification des polymorphismes mononucleotidiques chez les crabes verts sont également terminé.
• L'analyse a révélé une structure de population cohérente avec la présence de deux invasions de crabes verts distinctes dans l'est de l'Amérique du Nord. Les premiers résultats mettent également en évidence des croisements dans des régions où ceux-ci cohabitent. L'analyse a permis d'identifier un groupe de marqueurs génétiques qui peut être utilisé pour identifier ces deux invasions. Ces marqueurs font l'objet d'une plus ample mise au point afin d'être utilisés ensuite en tant qu'outil de surveillance et de suivi d'invasion.

Le titre du projet scientifique est :

Découverte et établissement rapides d'une cartographie génétique des polymorphismes touchant un nucléotide unique à l'aide du séquençage nouvelle génération de l’ADN associé aux sites comportant des restrictions – promotion des outils et de l'expertise requis pour assurer la gestion axée sur la génomique des organismes marins modèles et non modèles

Nom du programme

Initiative de recherche et développement en génomique (IRDG)

Année

2011 - 2014

Chercheur principal / Chercheurs principaux / Chercheuse principale / Chercheuses principales

Dr. Ian Bradbury

Dr. Claudio DiBacco
chefs de projet

Lorraine Hamilton
Pêches et Océans Canada