Enquête sur la diversité génétique des organismes vivants indigènes suisses

Le monde ne souffre pas seulement d'une crise climatique, mais aussi d'une crise de la biodiversité. De nombreux chercheurs et chercheuses parlent déjà d'une extinction massive des espèces. L'une des nombreuses causes est le réchauffement climatique, qui modifie rapidement les conditions environnementales.

Cette situation a incité de nombreux pays à lancer des programmes de surveillance et de protection de la biodiversité. En 2001, la Suisse a créé le Monitoring de la diversité  génétique en Suisse (MDG) pour recenser et surveiller la diversité des espèces et des habitats de manière standardisée à l'aide de centaines d'unités d'observation.

La boîte noire de la diversité génétique

Grâce au MDG, la Suisse a dressé un tableau détaillé de la diversité des espèces et des habitats visible à l'œil nu. Il en va tout autrement de la diversité génétique au sein des espèces. En effet, celle-ci n'est pas détectable à l'œil nu, ce qui rend la collecte de données plus complexe et techniquement difficile.

La diversité génétique est la matière première de l'évolution et est nécessaire à une espèce pour s'adapter à un environnement changeant. La compréhension des changements dans la diversité génétique et de leurs facteurs peut contribuer à assurer la survie à long terme d'une espèce donnée. Les populations animales ou végétales qui ne présentent qu'un faible niveau de variabilité génétique courent un plus grand risque d'extinction. En effet, elles n'ont souvent pas la capacité de résister aux maladies, aux agents pathogènes ou aux conditions météorologiques extrêmes, ni de s'adapter aux changements environnementaux.

Les cinq espèces

Des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) veulent maintenant combler cette lacune. Les chercheuses et chercheurs du groupe Génétique écologique des plantes de l'ETH Zurich mènent actuellement une étude pilote pour le compte de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV). Cette étude vise à explorer comment établir un programme de surveillance à long terme de la diversité génétique d'espèces sélectionnées originaires de Suisse. Cette étude pionnière a été lancée en 2020 et devrait se poursuivre jusqu'à fin 2023.

Sonder cinq espèces

Dans leur étude pilote, les scientifiques ont d'abord limité leurs recherches à cinq espèces animales et végétales indigènes : le crapaud calamite (Epidalea calamita), le martinet jaune (Emberiza citrinella), la fausse bruyère (Melitaea diamina), la rose des chartreux (Dianthus carthusianorum) et la linaigrette à queue de lièvre (Eriophorum vaginatum). Ces espèces sont représentatives d'habitats spécifiques présentant un intérêt pour la conservation, notamment les prairies sèches, les tourbières hautes, les habitats d'amphibiens, les paysages agricoles et les zones de transition entre les forêts et les prairies.

Après avoir sélectionné au hasard 30 sites par espèce dans toute la Suisse, les chercheuses et chercheurs ont prélevé des échantillons sur plus de 1200 spécimens individuels, dont ils et elles ont extrait l'ADN au laboratoire.

Lors de la capture et de l'échantillonnage des martinets jaunes et des crapauds calamites, les chercheurs et chercheuses ont été assistés par des spécialistes de la Station ornithologique suisse de Sempach, du Centre de coordination suisse pour la protection des reptiles et des amphibiens (KARCH) et des spécialistes des espèces de trois bureaux d'études environnementaux différents.

À l'aide d'équipements d'analyse spécialisés et d'une infrastructure informatique performante fournie par l'ETH Zurich, les chercheurs et chercheuses ont entièrement séquencé - c'est-à-dire décodé - l'ADN des organismes, élément par élément. Cela a généré une grande quantité de données. «Imprimer l'information génétique contenue dans une seule cellule d'un crapaud calamite remplirait plus de 630'000 pages A4. Cela représente une pile de papier de 70 mètres de haut», explique le responsable du projet, Martin C. Fischer, du groupe Plant Ecological Genetics de l'ETH Zurich.

Pour comparer la variabilité génétique actuelle à celle qui existait vers 1900, les chercheuses et chercheurs ont également examiné l'ADN d'échantillons - dont certains ont jusqu'à 200 ans - conservés dans des herbiers et des collections zoologiques. Dans ce cas, ils et elles ont limité leur étude à deux espèces : le papillon et la linaigrette.

Les scientifiques ont dû examiner ces échantillons dans un laboratoire à salle blanche pour éviter de contaminer le peu qui reste de cet ADN ancien. «De telles pièces de musée ne contiennent que des fragments d'ADN, d'une qualité similaire à celle d'un mammouth vieux de 10'000 ans dans le pergélisol», explique Martin C. Fischer. «Leur analyse a demandé énormément de temps et de travail». Les résultats de la comparaison de l'ADN ne sont pas encore connus.

Forte variation de la diversité génétique

Les scientifiques travaillent maintenant d'arrache-pied à la préparation et à l'évaluation des données qu'ils ont recueillies. Ils et elles peuvent d'ores et déjà dégager quelques premières tendances.

Pour le martinet jaune, la plus mobile des espèces étudiées, la diversité génétique est encore assez homogène sur l'ensemble du territoire suisse. En revanche, plusieurs populations de crapauds calamites semblent s'appauvrir génétiquement. Elles pourraient souffrir d'un manque de contact avec les populations voisines présentant une plus grande diversité génétique.

Les crapauds calamites vivent dans des plans d'eau temporaires, sur des bancs de gravier et de sable qui se forment et se reforment dans les cours d'eau dynamiques. Ces habitats étant devenus très rares en Suisse, cette espèce d'amphibiens a colonisé des gravières et des argilières, voire des terrains d'exercice militaire, qui sont souvent des îlots isolés dans le paysage. Les populations ne se mélangent plus, car elles sont hors de portée des autres crapauds à la recherche de nouveaux habitats et de partenaires.

«Les petites populations isolées présentant une faible diversité génétique et un degré élevé de consanguinité risquent fort de s'éteindre», explique Martin C. Fischer. Même un événement fortuit - comme un été exceptionnellement chaud ou un nouveau type de parasite - peut amener une espèce au bord de l'extinction dans une région donnée. Si leur diversité génétique était plus élevée, elles seraient mieux équipées pour faire face à ces événements fortuits et aux changements environnementaux.

Il en va tout autrement pour la rose des chartreux, une plante à fleurs que l'on trouve dans les prairies sèches. «Nous avons identifié plusieurs lignées évolutives génétiquement différentes», explique Martin C. Fischer. Ces lignées se sont probablement formées au cours de l'une des dernières périodes glaciaires, à laquelle la plante a survécu dans divers refuges à l'extérieur des Alpes. Une fois les glaciers retirés, la plante est revenue en Suisse et dans le reste de l'Europe.

À leur grande surprise, les chercheuses et chercheurs ont découvert des plantes issues d'une lignée génétique originaire d'Europe de l'Est, dont on ne pensait pas qu'elle était présente en Suisse.

Cette variante génétique ne se distingue pas de la rose des chartreux de Suisse et, selon Martin C. Fischer, elle est utilisée dans des mélanges de semences plantés soit dans le cadre d'initiatives de revégétalisation écologique, soit dans des jardins privés. Les variantes importées ont ainsi la possibilité de se croiser avec les plantes indigènes, introduisant une diversité génétique qui, parce qu'elle s'est développée ailleurs dans des conditions environnementales différentes, est étrangère à la région. Cela risque d'affaiblir la population. «Il est difficile de prédire les effets du croisement de ces lignées génétiques étrangères avec les plantes indigènes. C'est pourquoi nous devons surveiller la situation», explique Martin C. Fischer. «Malheureusement, lorsqu'il s'agit de mélanges de semences pour la revégétalisation ou les jardins privés, on ne prête parfois attention qu'à la composition des espèces et non à l'origine génétique.»

Martin C. Fischer et son équipe souhaitent achever leur évaluation d'ici la fin de l'année. Ils et elles planifient déjà une étude de suivi sur deux ans afin de préparer la surveillance à long terme et d'acquérir davantage d'expérience en matière de collecte, d'évaluation et d'archivage de données normalisées. Leur objectif est d'examiner la diversité génétique de 50 espèces tous les cinq à dix ans. Les scientifiques souhaitent notamment intégrer dans leur suivi génétique des mammifères tels que les chauves-souris, des organismes forestiers et aquatiques, ainsi que des champignons.