De l’ADN environnemental jusqu’aux plans de conservation pour les poissons côtiers méditerranéens

From environmental DNA to conservation plans for Mediterranean coastal fish

• Auteur / Autrice : Agnès Duhamet
• Direction : David Mouillot, Stéphanie Manel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Mixte de Recherche CNRS-IFREMER-IRD-UM 9190 MARBEC Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation Université de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Christine Meynard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rémy Simide
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Naiara Rodriguez-Ezpeleta, Didier Aurelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN environnemental

Parcs marins

Biodiversité marine

Mots clés libres

Biodiversité marine

Réserves marines

Mer Méditerranée

ADN environnemental

Mésophotique

Confinement

Marine Biodiversity

Marine Reserves

Mediterranean Sea

Environmental DNA

Mesophotic

Lockdown

Résumé

Les communautés de poissons marins, essentielles au bon fonctionnement des écosystèmes, sont de plus en plus menacées par les pressions humaines : surpêche, dégradation des habitats, pollutions et changement climatique. Dans ce contexte, des réserves marines sont mises en place pour tenter de les protéger. Afin de mieux orienter la protection des espèces, notamment les plus vulnérables, il faut mieux connaître leur répartition spatiale et bathymétrique, mais aussi leur niveau de coexistence avec les pressions humaines. L’obtention de ces données est difficile avec les outils classiques tels que la plongée, cantonnée aux zones superficielles ou la pêche qui reste destructive et sélective sur les espèces. En alternative, le metabarcoding de l’ADN environnemental (ADNe), permet une meilleure détection des espèces, même les plus rares ou les plus furtives, et semble particulièrement adapté aux communautés des zones mésophotiques (30-150 mètres de profondeur) qui restent mal connues car relativement inaccessibles. Cette méthode consiste à collecter et amplifier l’ADN laissé par les organismes dans leur environnement, puis à l’assigner à des espèces connues par comparaison aux séquences d’une base de référence génétique. Dans quelle mesure un échantillonnage de l’ADNe le long de gradients spatiaux, bathymétriques et anthropiques va-t-il pouvoir alimenter des modèles prédictifs d’occurrence des espèces et renseigner des plans de conservation pour la biodiversité ichtyologique côtière ? Telle est la question centrale de la thèse.Le premier chapitre synthétise les connaissances actuelles sur la répartition spatiale et bathymétrique des poissons marins à l’échelle mondiale, ainsi que la disponibilité des séquences dans les bases de référence génétiques publiques. Seules 19% des 11 786 espèces marines étudiées sont couvertes par le marqueur teleo couramment utilisé pour la détection des poissons. De ce fait, les possibilités d’utilisation des données ADNe restent limitées, car 81% des espèces ne peuvent pas être identifiées. De plus, les espèces ne vivant qu’au-delà de 30m de profondeur sont moins couvertes par les bases de référence. Le deuxième chapitre présente une modélisation visant à évaluer et comparer les effets relatifs des réserves et du confinement sur les probabilités d’occurrence de 87 espèces de poissons. Pour cela, un important travail de séquençage des espèces a été réalisé pour compléter la base de référence des espèces présentes en mer Méditerranée française. Au cours des campagnes d’échantillonnage d’ADNe menées entre 2018 et 2022, des échantillons ont été récoltés à l’intérieur et à l’extérieur de 11 réserves marines où la pêche est interdite, dont 160 pendant le confinement du printemps 2020 lié à l’épidémie de COVID-19. Les résultats montrent une augmentation de la probabilité d’occurrence dans les réserves pour 59% des espèces. La probabilité d’occurrence a augmenté lors du confinement pour 62% des espèces. La réponse à l’effet des réserves et du confinement est différente en fonction des espèces, suggérant que la mise en place de grandes réserves avec moins de présence humaine, en sus des réserves actuelles, sont nécessaires pour protéger l’ensemble de la biodiversité ichtyologique.Le troisième chapitre présente des modèles de distribution d’espèces prenant en compte les co-occurrences et les habitats côtiers méditerranéens. À partir de la distribution estimée de 120 espèces, des zones à protéger en priorité le long des côtes méditerranéennes françaises ont pu être identifiées pour atteindre les 30% de couverture en AMP préconisée d’ici 2030 et optimiser la conservation de la biodiversité ichtyologique. Dans cette thèse, le couplage entre les données issues du metabarcoding de l’ADNe et la modélisation a permis de décrire la répartition spatiale et bathymétrique des espèces, évaluer l’efficacité des mesures de protection et informer les futurs plans de conservation.

Marine fish communities, which are essential to the proper functioning of ecosystems, are under increasing threat from human pressures: overfishing, habitat degradation, pollutions and climate change. In this context, marine reserves are set up to try to protect them. In order to better guide the protection of species, particularly the most vulnerable, we need to know their spatial and bathymetric distribution, but also their level of coexistence with human pressures. Obtaining this data is difficult with conventional tools such as diving, which is limited to superficial areas, or fishing, which is destructive and selective for species. Alternatively, the metabarcoding of environmental DNA (eDNA) allows better detection of species, even the rarest or most elusive ones, and seems particularly suited to study communities in mesophotic zones (30-150 meters deep) which remain poorly known because of their relative inaccessibility. This method consists of collecting and amplifying the DNA left by organisms in their environment, then assigning it to known species by comparison with sequences in a genetic reference database. To what extent will eDNA sampling along spatial, bathymetric and anthropogenic gradients be able to feed predictive models of species occurrence and inform conservation plans for coastal ichthyological biodiversity? This is the central question of the thesis.The first chapter summarizes current knowledge of the spatial and bathymetric distribution of marine fish at the global scale, as well as the availability of sequences in the public genetic reference databases. Only 19% of the 11,786 marine species studied are covered by the teleo marker commonly used for fish detection. As a result, the possibilities for using eDNA data remain limited, as 81% of species cannot be identified. In addition, species living only at depths greater than 30m are less well covered by reference databases.The second chapter presents modeling aimed at evaluating and comparing the relative effects of reserves and lockdown on the probabilities of occurrence of 87 fish species. To do this, a major species sequencing project was carried out to complete the reference database of species present in the French Mediterranean Sea. During the eDNA sampling campaigns carried out between 2018 and 2022, samples were collected inside and outside 11 marine reserves where fishing is banned, including 160 during the spring 2020 lockdown period linked to the COVID-19 epidemic. The results show an increase in the probability of occurrence in reserves for 59% of species. The probability of occurrence increased during lockdown for 62% of species. The response to the effect of reserves and lockdown is different depending on the species, suggesting that the establishment of large reserves with less human presence, in addition to current reserves, are necessary to protect all species.The third chapter presents species distribution models considering co-occurrences and Mediterranean coastal habitats. Based on the estimated distribution of 120 species, priority areas for conservation along the French Mediterranean coast have been identified to achieve the recommended 30% MPA coverage by 2030 and optimize the conservation of ichthyological biodiversity.In this thesis, the combination of data from eDNA metabarcoding and modeling was used to describe the spatial and bathymetric distribution of species, assess the effectiveness of protection measures and inform future conservation plans.