Utilisation de l'ADN électronique pour identifier les champignons souterrains invisibles

Identifier les champignons mycorhiziens dans le sol

La plupart des champignons mycorhiziens vivent toute leur vie sous terre - beaucoup d'entre eux ne produisent même pas de champignons, les organes de fructification des champignons qui apparaissent au-dessus du niveau du sol. La nature cachée de ces organismes peut rendre leur étude particulièrement difficile. Pour les organismes tels que les plantes et les animaux, les scientifiques peuvent recueillir des données d'observation, en comptant et en enregistrant ou en marquant les sujets d'étude. Lorsqu'il s'agit de champignons et de microbes souterrains, ces études deviennent plus compliquées.

L'identification des champignons mycorhiziens invisibles dans les sols est un défi car des techniques moléculaires sont nécessaires pour distinguer une espèce d'une autre. La seule façon de savoir avec certitude quelles espèces sont présentes est de séquencer leur ADN.

Utilisation de l'ADN électronique pour identifier les champignons

Pour déterminer quels champignons vivent à quel endroit, nous utilisons l'ADN environnemental (ADNe) prélevé dans le sol. L'ADNe a une signification légèrement différente de celle de l'ADN seul - l'ADN est le terme qui désigne la molécule elle-même, et l'ADNe fait référence aux molécules d'ADN prélevées dans l'environnement, telles que celles trouvées dans l'air, le sol ou l'eau. L'ADNe est un outil incroyable car il fournit des informations sur tous les organismes qui sont présents ou qui ont été présents dans cet environnement dans un passé récent. 

Extraction d'ADN environnemental

Une fois que nous avons identifié un endroit clé pour la collecte des sols (voir ici comment nous avons choisi les emplacements), nous prélevons une grille de neuf carottes de sol, puis nous les combinons pour nous assurer que nous obtenons un échantillon représentatif. Il est important d'enregistrer la position GPS exacte et de prendre des notes sur les plantes présentes, la manière dont la terre est utilisée et toute autre métadonnée environnementale pertinente. Une fois ces échantillons collectés, nous les emmenons au laboratoire pour l'extraction de l'ADN.

Code-barres ADN : Identification par PCR des espèces mycorhiziennes

Le processus d'extraction de l'ADN purifie tout l'ADN de l'échantillon de sol, ce qui permet d'obtenir l'ADN de nombreux organismes du sol tels que les vers, les bactéries et divers types de champignons. Comme nous voulons étudier uniquement les champignons mycorhiziens présents dans l'échantillon, nous utilisons la biologie moléculaire et un processus appelé réaction en chaîne de la polymérase (PCR) pour créer un grand nombre de molécules d'ADN mycorhizien uniquement. L'ADN mycorhizien amplifié est une courte région appelée "code-barres ADN", et chaque code-barres est comparé à une base de données d'ADN mycorhizien d'espèces connues, ce qui nous permet d'identifier les espèces mycorhiziennes présentes dans nos échantillons. 

Le séquençage de l'ADN électronique sur le terrain

Nous testons de nouvelles techniques qui permettent le séquençage de l'ADN électronique sur le terrain ou dans des endroits dépourvus d'installations de laboratoire complètes, mais elles nécessitent encore davantage de recherche et de développement. Ces nouveaux appareils tiennent confortablement dans la paume de la main et peuvent nous aider à analyser l'ADN électronique sur le terrain, plutôt que de l'envoyer dans un laboratoire. Ces outils peuvent rendre la collecte de données d'ADN électronique beaucoup plus accessible aux biologistes de terrain.

Atelier sur la cartographie des mycorhizes et la métagénomique

Pour commencer à tester ces techniques, nous avons récemment fait équipe avec deux organisations africaines, JR Biotek et CSIR - Crops Research Institute, pour mettre au point l'atelier africain sur la cartographie mycorhizienne et la métagénomique, un événement que nous avons organisé au Ghana. Nous avons travaillé avec un représentant d'Oxford Nanopore Technologies pour former un groupe de 12 chercheurs de 9 pays africains à la biologie moléculaire, au séquençage portable et à l'analyse de l'ADN électronique du sol.

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De nombreuses cultures traditionnelles du Ghana sont associées à des champignons mycorhiziens à arbuscules. Il est donc essentiel que les scientifiques ghanéens disposent d'un moyen simple et efficace d'identifier les espèces présentes dans les différents systèmes agricoles et associées à des cultures spécifiques. À l'heure actuelle, la plupart des échantillons biologiques, tels que l'ADN électronique des sols, sont envoyés dans des installations situées dans les pays du Nord pour le séquençage de l'ADN. Cette technologie permet aux données de rester dans leur pays d'origine du début à la fin.

Un élément central de la mission de SPUN est de générer davantage de données sur la biodiversité mycorhizienne dans le monde entier et de cartographier quelles espèces se trouvent dans quels endroits. Notre objectif est de créer un réseau mondial de collecteurs de données. Le renforcement des capacités d'analyse de l'ADN électronique sur le terrain est l'un des moyens de garantir la poursuite de l'élaboration de nos cartes mondiales de données sur les champignons mycorhiziens.