Contribution du barcoding ADN à l’étude des mammifères marins Eric Alfonsi(1, 2,3), Eléonore Meheust(1,2), Christine Dumas(1), Yann Quillivic(1), Marie Meister(4), Sami Hassani(1) & Jean-Luc Jung(2)   1: Océanopolis, Port de Plaisance du Moulin Blanc, 29200 Brest, France 2: BioGeMME, UFR Sciences et Techniques, Université de Bretagne Occidentale , 6 avenue le Gorgeu, 29200 Brest, France 3: LEMAR - UMR 6539 - Institut Universitaire Européen de la Mer, Place Nicolas Copernic 29280 PLOUZANÉ - France 4: Musée Zoologique de Strasbourg, 29 Boulevard de la Victoire, 67000 Strasbourg, France Manque image de fond

Mammifères marins le long des côtes françaises Carte présentant la richesse spécifique de mammifères marins

Mammifères marins en Bretagne 4 espèces observées couramment… Dauphin commun (Delphinus delphis) Phoque gris (Halichoerus grypus) ©Florian Graner Grand dauphin (Tursiops truncatus) Marsouin commun (Phocoena phocoena)

Mammifères marins en Bretagne … et des observations surprenantes Dauphin tacheté de l’Atlantique (Stenella frontalis) Phoque à capuchon (Cystophora cristata) Cachalot (Physeter macrocephalus)

Barcoding ADN pour la conservation et la compréhension du milieu Mammifères marins impactés par les modifications de l’environnement Top prédateurs => espèces sentinelles pertinentes Suivi de leur biodiversité nécessaire Utilisation du barcoding ADN pour suivre la biodiversité génétique depuis 2008 dans notre labo (identification d’espèce et variabilité intraspécifique)

Définition du barcoding ADN Barcoding ADN = utilisation d’un séquence ADN pour déterminer une espèce Projet Barcoding Of Life (CBOL IBOL, ECBOL…) Sensu stricto : utilisation de marqueur standardisé (COI) Sensu lato : moins restrictif, autres marqueurs, autres niveaux taxonomiques (Valentini et al, 2009) Base de donnée BOLD (http://www.boldsystems.org/)

Barcoding ADN et mammifères marins 3 régions mitochondriales déjà utilisées dans des études de diversité génétique de mammifères marins : - Cox1 : Cytochrome oxidase 1 (e.g Viricel and Rosel, 2012) - Cytb : Cytochrome B (e.g Jayasankar et al, 2008) - MCR : Mitochondrial Control Region (or D-Loop) (e.g. LeDuc et al, 2008) Illustration adn mito ? Carte de l’ADN mitochondrial Humain (Françoise Ibarrondo, Gilles Furelaud)

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marins Variabilité interspécifique Cétacés 86 individus, 16 espèces, Cox 1 Séparation cétacés/carnivores (divergence 22% ) Carnivores Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marins Variabilité interspécifique Mysticètes Odontocètes Séparation entre odontocètes and mysticètes (15%) Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marins Variabilité interspécifique « Barcode gap » présents pour presque toutes les espèces Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Variabilité du barcoding ADN chez les mammifères marins Variabilité interspécifique Sauf pour les Delphininae (divergence entre S. frontalis and D. delphis 0.84%) Besoin d’utiliser d’autres marqueurs (MCR) Delphininae Projet Bold : IMMB (Identified Marine Mammals of Brittany) : 86 spécimens, 16 espèces

Identification de mammifères marins échoués Plus de 20% des mammifères marins échoués ne peuvent être identifiés jusqu’à l’espèce Par exemple : Un drôle d’échouage dans le nord ouest de la Bretagne en Novembre 2009 Un animal de 5,7m en état de décomposition avancée. Grace à la taille et la forme générale, deux espèces sont possibles : Hyperoodon boréal, (Hyperoodon ampullatus) OU Baleine à bec de Cuvier (Ziphius cavirostris)

Identification de mammifères marins échoués Barcoding ADN OU Hyperoodon boréal, (Hyperoodon ampullatus) Baleine à bec de Cuvier (Ziphius cavirostris)

Identification de mammifères marins échoués Une autre possibilité => l’observation du crane tête : diamètre 1 m, poids plus de 100 kg besoin de retirer les chairs sur le crane (plusieurs mois) OU Hyperoodon boréal, (Hyperoodon ampullatus) Baleine à bec de Cuvier (Ziphius cavirostris)

Identification de mammifères marins échoués Un autre exemple : échouage sur l’ile de Sein en mai 2011 No skull here © RNE

Identification de mammifères marins échoués Nom du projet bold © RNE © Tous droits réservés Roqual commun (Balaenoptera physalus) Projet Bold : UMMB (Unidentified Marine Mammals of Brittany) : actuellement 10 individus de 6 espèces

Régime alimentaire Congre (Conger conger) Reste de proie de phoque gris Phrase sur contenu stomacaux, mettre nom du projet Reste de proie de marsouin commun Chinchard (Trachurus trachurus) Le barcoding ADN augmente le taux d’identification des proies de 30% Projet Bold public : DBMM (Diet of Britanny Marine Mammals) : 29 spécimens, 9 espèces

Barcoding ADN pour suivre les shifts et les fragmentations de populations Les fragmentations et les déplacements de populations de mammifères marins sont souvent causés par des changements de l’environnement Le Barcoding ADN est utile pour caractériser et suivre ces populations. C’est particulièrement vrai pour les animaux difficilement observables comme le marsouin commun. ©Florian Graner Droits réservés En Europe, l’aire de répartition a connu de nombreuses modifications au cours des 60 dernières années, probablement à cause de modifications de l’habitat.

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans Etape 1 : avant 1950, une large répartition du Portugal à la Norvège Carte supposée selon Rejinders (1992) et d’autres observations Aire de répartition Carte réalisée par Jean-Philippe Gauthier-Placet-Nicolet Le Petit journal 22/02/1903

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans Avant 1950 Etape 2 : entre 1950 et 1990, une raréfaction ciblée Aire de répartition raréfaction Carte supposée selon Rejinders (1992) et d’autres observations (notamment SCANS I) Carte réalisée par Jean-Philippe Gauthier-Placet-Nicolet

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans Avant 1950 Etape 3: Entre 1990 et 2005 un shift global Entre 1950 et 1990 Montré par la campagne SCANS 2 (Small Cetaceans in the european Atlantic and North Sea) 2005 (Macleod et al., 2007)

La répartition du marsouin commun le long de la côte européenne atlantique sur 60 ans Etape 3: Entre 1990 et 2005 un shift global Le retour du marsouin commun le long des côtes française : Variabilité intraspécifique ? Combien de populations ? Quel origine pour ce retour ?

Notre échantillonnage Les échantillons proviennent tous du Réseau National Echouage

Les variations de Cox1 montrent deux groupes génétiques de marsouins communs Comparaison de séquences de Cox1 pour 43 marsouins communs Groupe beta Groupe alpha 43 séquences 615 nucléotides 9 haplotypes 9 sites polymorphiques polymorphisme 1.46% Virer alaska, mettre nom du projet La variabilité intraspécifique est forte pour cette aire géographique limitée Les deux groupes génétiques ne sont pas expliqués par l’origine géographique des échantillons, ni par l’année, ni par la saison, ni par le genre

Une explication géographique à l’échelle européenne Même groupes avec MCR Comparaison avec des séquences provenant d’autres études (Tiedemann et al, 1996; Walton, 1997 ; Tolley et al, 2001; Tolley and Rosel, 2006; Viaud-Martinez et al, 2007) Une double origine de population explique la structure génétique des marsouins communs retrouvés le long de la côte française Importance de mettre ces données en ligne Arbre, obtenu par maximum de vraisemblance, pour 56 haplotypes de marsouin commun définis sur un fragment de 334 paires de bases de la region de controle mitochondriale

La comparaison entre les marqueurs nucléaires et mitochondriaux permet de comprendre le shift actuel des populations de marsouins communs le long des côtes atlantiques françaises Marqueurs mitochondriaux (MCR and Cox 1) => Deux groupes séparés avec une origine géographique différente Marqueurs nucléaires (7 loci microsatellites) => Une population homogène Contraste => Hybrides des deux populations A major proportion are admixed individuals from the two genetically distinct populations previously identified along the Iberian coasts and in the North East Atlantic. The French Atlantic coasts are clearly the place where these two previously separated populations of harbour porpoises are now admixing Etude de la diversité intraspécifique met en lumière un inattendu double retour du marsouin commun

Conclusion et perspectives Le barcoding ADN est un outil très puissant dans nos études des mammifères marins Son utilisation sera poursuivie et le catalogue de biodiversité génétique renforcé par l’ajout de nouveaux spécimens et de nouvelles espèces Un projet de barcode de tous les mammifères marins échoués en France est en cours de création pour intensifier le suivi des mammifères marins et aider à leur conservation

Contribution du “DNA barcoding” à l’étude des mammifères marins Eric Alfonsi, Eléonore Meheust, Christine Dumas, Yann Quillivic, Marie Meister, Sami Hassani & Jean-Luc Jung Merci a toutes les personnes et institutions qui ont contribué à ce travail