Patrimoine biologique - La faune de nos lacs sous la loupe des généticiens

En pénétrant au coeur du génome de certains poissons peuplant les lacs du Québec, des spécialistes de la biologie évolutive tentent de comprendre comment s'exerce la sélection naturelle. Leurs découvertes sur les processus qui génèrent la biodiversité devraient servir à élaborer de meilleures mesures de conservation de l'intégrité du patrimoine biologique.

En identifiant et en dénombrant les différences et les similitudes génétiques entre les populations de corégones - ces saumons d'eau douce - qui habitent les différents lacs du bassin versant de la rivière Saint-Jean, qui se déverse dans la baie de Fundy, l'équipe de Louis Bernatchez, professeur au département de biologie de l'Université Laval, a pu observer le phénomène de la sélection naturelle se dérouler sous ses yeux. Dans certains lacs, les corégones sont en voie de se différencier en deux nouvelles espèces biologiques - si ce n'est déjà fait dans quelques autres plans d'eau: une espèce, dite naine, qui se nourrit strictement de plancton et qui atteint sa maturité sexuelle beaucoup plus tôt qu'une deuxième espèce, dite normale, qui se nourrit des petits animaux vivant sur le fond.

Les données génétiques ont également permis aux chercheurs de retracer l'historique de la colonisation de ces lacs, de même que les grandes fluctuations qu'a pu connaître leur population. Les grandes chutes d'effectifs, par exemple, se manifestent par une diversité génétique réduite à l'intérieur de la population actuelle, précise M. Bernatchez.

Son équipe cherche maintenant à déterminer les interactions entre les profils génétiques et les variables environnementales comme l'abondance des ressources alimentaires, qui activent le processus d'évolution et de spéciation, afin de s'en inspirer dans l'élaboration des mesures de protection de la faune.

"Plus la disponibilité alimentaire serait stable dans l'environnement, plus la spécialisation, voire la spéciation, serait favorisée", précise M. Bernatchez, titulaire de la Chaire de recherche en gestion et conservation génétique des poissons d'eau douce. "Au contraire, un environnement dont la disponibilité alimentaire est plus instable favorisera plutôt l'évolution d'une forme plus généraliste et réduira la probabilité d'émergence de nouvelles espèces."

Stratégies de conservation

Par des analyses génétiques, l'équipe de Louis Bernatchez a pu mettre en évidence l'existence dans le lac Saint-Jean de quatre populations distinctes de ouananiches, une autre espèce de saumon d'eau douce. Quatre populations qui se reproduisent dans quatre rivières différentes - la rivière aux Saumons, la Mistassini, la Métabetchouan et l'Ashuapmushuan - avant de se retrouver dans le lac. Ces données génétiques ont aidé les autorités à mieux doser l'ensemencement qu'elles envisageaient en raison des chutes draconiennes de la population de ouananiches dans le lac Saint-Jean.

Les scientifiques ont extrait l'ADN - qui contient le matériel génétique - des écailles des poissons pêchés dans le lac. Ces données ont permis d'identifier la rivière d'origine de chacune des prises et ainsi de déterminer laquelle des quatre populations de ouananiches était la plus affectée par les activités de pêche. "En connaissant la région du lac où les pêcheurs ont capturé leurs proies, on a pu cartographier l'occupation spatiale des différents stocks de ouananiches, explique Louis Bernatchez. On a ainsi appris que la Métabetchouan, par exemple, est très peu exploitée par la pêche sportive. Cette population occupe surtout le centre du lac, peu visité par les pêcheurs, qui restent plutôt à proximité des berges. Comme cette population de ouananiches est sous-exploitée dans le lac, une stratégie consisterait à permettre la pêche en rivière quand les individus y reviennent pour se reproduire", propose le chercheur.

Louis Bernatchez prévient que l'ensemencement peut changer sérieusement l'intégrité génétique des populations. "Il faut être prudent avec la façon dont on le fait car on peut ainsi effriter la diversité génétique des populations."

L'ensemencement consiste à puiser une dizaine de poissons - idéalement un sous-échantillon de la diversité génétique globale présente dans le lac - que l'on introduit en pisciculture, où les conditions contrôlées réduiront la mortalité des rejetons. Une fois relâchée dans la nature, l'abondante progéniture issue d'un aussi petit nombre de couples risque d'induire des problèmes de consanguinité avec le temps, prévient le biologiste. Au cours des générations successives, des apparentés peuvent se reproduire entre eux et graduellement homogénéiser le bagage génétique de la population.

Les outils génétiques permettent de mieux choisir les poissons qui seront amenés en pisciculture, précise Louis Bernatchez, qui reconnaît que l'ensemencement permet dans certaines circonstances de donner un coup de pouce aux populations en déclin.

DES POISSONS TRANSGÉNIQUES

Quand on parle de poissons transgéniques à Louis Bernatchez, il devient soudainement fébrile. Il affirme avec fermeté que "relâcher des poissons transgéniques en nature est une chose à éviter absolument, car nous n'avons aucune idée des conséquences. Lorsqu'arrive un problème avec le vivant, c'est un point de non-retour".

Il compare la situation à l'introduction de nouvelles espèces exotiques, comme la moule zébrée, qui a envahi par inadvertance les Grands Lacs et le fleuve Saint-Laurent au milieu des années 80.

En provenance de la mer Caspienne, les moules zébrées sont arrivées jusqu'ici en voyageant dans l'eau des ballasts des navires.

Cette espèce s'est sentie tellement à l'aise dans son nouvel environnement qu'elle a prospéré allégrement et est rapidement devenue un féroce concurrent pour les autres espèces natives de la région.

À tel point que les moules zébrées ont complètement chamboulé la chaîne alimentaire et sont devenues une véritable plaie puisqu'elles obstruent même les conduites d'eau.

"Les spécialistes des biotechnologies sont de très bons bricoleurs de gènes mais ils ignorent la suite de leurs manipulations, s'insurge M. Bernatchez. Il est déjà suffisant de reconnaître qu'on est face à une certaine incertitude [naturelle], il n'y a aucun risque à prendre."

LA VIE SEXUELLE DES SAUMONS

Toujours par des analyses génétiques, le Centre interuniversitaire de recherche sur le saumon atlantique (CIRSA), dont fait partie l'équipe de Louis Bernatchez, s'applique à déterminer les facteurs qui expliquent le succès reproducteur de certains couples de saumons. Pour ce faire, les chercheurs ont caractérisé le bagage génétique des saumons qui montaient en eaux douces pour aller frayer. L'été suivant, au moment de l'éclosion des oeufs, ils ont analysé le patrimoine génétique des rejetons. Ils ont ainsi pu reconstruire l'histoire de la reproduction de ces populations de saumons en mesurant le degré d'apparentement génétique entre les saumons et les saumoneaux examinés.

En retraçant les liens de filiation entre certains saumons et leurs rejetons, ils ont pu identifier les couples les plus prolifiques ainsi que les caractéristiques génétiques et écologiques qui feront qu'un couple de saumons sera plus performant qu'un autre. Parmi ces caractéristiques figurent la taille des individus, le moment de la montaison (montée en rivière pour frayer), le nombre d'années passées en mer avant de venir s'accoupler en rivière, l'habitat choisi pour se reproduire - un ruisseau ou le cours principal de la rivière - ainsi que le choix du partenaire.

Le choix des partenaires

Quels sont les atours déployés par le mâle pour amadouer une femelle particulière? Qu'est-ce qui fera qu'une femelle choisira de s'accoupler avec tel mâle plutôt qu'avec tel autre? Pour répondre à ces questions, les chercheurs du CIRSA ont analysé et comparé les gènes impliqués dans le fonctionnement du système immunitaire de nombreux saumons des deux sexes.

Plus la progéniture héritera d'une composition génétique diversifiée en regard des gènes intervenant dans les défenses immunitaires, plus elle sera en mesure de combattre une grande panoplie de pathogènes, explique Louis Bernatchez. Une femelle a donc avantage à choisir un mâle qui possédera un bagage génétique aussi différent du sien que possible. En effet, plus les partenaires sexuels seront génétiquement distincts, plus leur progéniture gagnera en diversité génétique.

L'équipe de Louis Bernatchez a observé ce phénomène chez les saumons atlantiques. En effet, les saumons mâles se reproduisent surtout avec des femelles dont les racines génétiques du système immunitaire se distinguent clairement des leurs. La reproduction a surtout lieu entre partenaires dotés d'un système immunitaire très différent. Et, plus extraordinaire encore, ces poissons savent reconnaître la composition du bagage génétique des individus de sexe opposé par les odeurs. Les odeurs émanant d'un saumon seraient plus précisément associées à son système immunitaire.

Le type de pathogènes qu'un poisson vaincra et éliminera plus efficacement différera selon la constitution génétique de son système immunitaire, explique Louis Bernatchez. Quand un poisson attaque un pathogène, un produit chimique issu de la dégradation de ce pathogène se retrouve dans l'urine du poisson. Or ce composé de dégradation colore l'urine d'une odeur particulière, que les individus de l'autre sexe peuvent détecter. Cette odeur aide donc le poisson à choisir un partenaire qui est génétiquement différent de lui. "Le choix du partenaire n'est donc pas complètement le résultat du hasard", souligne le chercheur.

Les odeurs humaines

Un phénomène similaire a été observé chez l'humain dans le cadre d'études scientifiques rigoureuses. "Si les humains ne camouflaient pas toutes leurs odeurs à l'aide de parfums, ils pourraient reconnaître et préférer ceux dotés des gènes [associés au système immunitaire] qui se distinguent le plus des leurs", explique Louis Bernatchez. Dans une étude où l'on a fait sentir à des sujets des t-shirts qui avaient été portés pendant plusieurs jours, il est apparu que les sujets préféraient clairement l'odeur des vêtements appartenant aux individus possédant le bagage génétique le plus éloigné du leur. "Même si, dans le contexte actuel, les humains n'ont plus la chance de se servir de ce système pour choisir leur partenaire, il n'en demeure pas moins qu'il présente un avantage évolutif certain, qui a sûrement eu cours à l'époque préhistorique", précise le scientifique.

Illustration(s) :

Allard, Clément; Bernatchez, Louis

Les deux nouvelles espèces de corégones (saumons d'eau douce) apparues dans certains lacs du Québec.

L'équipe de Louis Bernatchez cherche à déterminer les interactions entre les profils génétiques et les variables environnementales, comme l'abondance des ressources alimentaires, qui activent le processus d'évolution et de spéciation, afin de s'en inspirer dans l'élaboration des mesures de protection de la faune.