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Écotoxicologie aquatique : effets démogénétiques des xénobiotiques et valeur adaptative des réponses populationnelles des invertébrés aquatiques
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : crustacé, mollusque, mollusques, structure d'age
Démarche, discipline : Génétique des populations
Echelle d'étude : lignée consanguine, population expérimentale, population naturelle
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Objet d'étude : crustacé, mollusque, mollusques, structure d'age
Démarche, discipline : Génétique des populations
Echelle d'étude : lignée consanguine, population expérimentale, population naturelle
Dispositif technique et méthode d'étude : autofécondation, biologie évolutive, effectif efficace, mésocosme, modélisation, système de reproduction, taux d'accroissement
Composé chimique, Facteur du milieu : dérivé génétique, marqueur génétique, microsatellite, microsatellites, pesticide
Phénomène, processus et fonction : dépression de consanguinité, dynamique des populations, effet transgénérationnel, héritabilité, hétérosis, valeur sélective, variabilité neutre
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- Description détaillée :
La démarche expérimentale choisie pour l'étude des réponses écotoxicologiques à l'échelle des Afficher la suite
La démarche expérimentale choisie pour l'étude des réponses écotoxicologiques à l'échelle des populations repose essentiellement sur l'application de théories et concepts de biologie évolutive et de dynamique des populations. Les outils mis en oeuvre pour décrire les effets des xénobiotiques reposent globalement sur les marqueurs génétiques neutres (microsatellites pour estimer la dérive génétique mesurée à l'échelle temporelle), l'évolution des structures de taille individuelle dans les populations (identification des cohortes et de leur durée de vie), les traits d'histoire de vie (estimation d'héritabilité, d'hétérosis entre petites populations isolées, ou de dépression de consanguinité au sein des populations, estimation des taux finis d'accroissement et des risques d'extinction des populations).
L'impact des contaminants est appréhendé par l'étude de populations expérimentales, maintenues en mésocosmes, ou de populations naturelles, isolées au moyen d'enclos (microcosmes).
Les méthodes mises en oeuvre relèvent de :
- la dynamique de population (mesures de critères démographiques tels que l'effectif, la structure d'âge, etc.),
- la biologie moléculaire (PCR, génotypage aux loci microsatellites amplifiés),
- la génétique quantitative (estimation d'héritabilité des traits biologiques d'intérêt, en conditions de laboratoire sur la base de relations de parenté contrôlées, et si possible dans les populations, sur la base de matrices d'apparentement établies grâce aux marqueurs neutres),
- la biologie évolutive (théories et concepts de génétique et de dynamique des populations).
Les modèles biologiques étudiés sont :
- la limnée des étang, Lymnaea stagnalis (Mollusques, Gastéropodes, Basommatophores) ;
- la daphnie (Daphnia pulex, Daphnia longispina) (Crustacés, Cladocères) ;
- le chironome (Chironomus sp.).
Les travaux entrepris jusqu'à présent concernent :
- des populations de Lymnaea stagnalis implantées en mésocosmes. Ils sont centrés sur la recherche d'effets interactifs entre les xénobiotiques et diverses forces évolutives. L'approche expérimentale est actuellement privilégiée car elle permet de traiter certaines des forces évolutives qui s'exercent sur les populations comme des facteurs à effet fixe (par exemple, le système de reproduction, la dérive génétique au hasard). Elle est rendue possible par l'existence d'un élevage de lymnées (et de lignées isolées) et par l'accès à divers contextes expérimentaux, au sein des structures de l'Unité Expérimentale Écologie et Écotoxicologie Aquatique (U3E) de l'INRA de Rennes. Ce contexte permet de mesurer l'influence de telles forces sur l'évolution de la structure génétique, sur les performances démogénétiques ultérieures des populations, ainsi que sur leurs capacités de réponse aux pesticides.
- des populations de daphnies et de chironomes dans les zones humides littorales atlantiques et méditerranéennes où sont réalisées des opérations de démoustication. Les populations sont caractérisées par des mesures d'abondance des individus, qui permettent ensuite de calculer des critères démographiques tels que la densité par unité de surface ou de volume, le taux d'accroissement, etc. Des analyses complémentaires, portant notamment sur la structure de taille des populations, sont également réalisées. Pour les daphnies, les mesures de taille sont réalisées à l'aide d'un logiciel d'analyse d'images. Pour les chironomes spécifiquement, le taux d'émergence est aussi estimé.
Evaluation du risque environnemental lié à l'usage des pesticides.
Recherche de nouveaux outils de détection des effets à long terme des pesticides sur les populations exposées.
Cf. Présentation de l'équipe Écotoxicologie et Qualité des Milieux aquatiques de l'UMR 985 Écobiologie et qualité des hydrosystèmes continentauxÉtudier les variations démographiques induites par les xénobiotiques dans les populations d'invertébrés aquatiques.
Détecter et quantifier les interactions potentielles entre pesticides et facteurs évolutifs et écologiques pertinents dans le contexte d'adaptation locale et de risque d'extinction.
Rechercher des méthodes d'évaluation du risque écotoxicologique en milieu aquatique, et en particulier des indicateurs d'effet à long terme, dans les populations exposées à des pesticides.
Mise en évidence d'une relation entre dépression de consanguinité et stress environnemental / xénobiotique chez Lymnaea stagnalis : augmentation de la variabilité des indices de dépression avec l'accroissement du niveau de stress, tandis que le niveau moyen de dépression reste faible et stable. Mise en évidence d'effets transgénérationnels de l'exposition au plus fort niveau de stress appliqué (Coutellec & Lagadic. 2006. Ecotoxicology, 15, 199-213).
Mise en évidence d'une différenciation génétique significative rapide de populations expérimentales de Lymnaea stagnalis, isolées à partir d'une source commune récente.
Mise en évidence d'une réduction significative de la densité de populations de daphnies (D. longispina et D. pulex) exposées au diflubenzuron, les jeunes stades étant plus sensibles que les stades plus âgés. Aucun effet du Bti (Bacillus thuringiensis israelensis).
Si l'individu est le niveau d'action du xénobiotique (au travers des cibles et processus biochimiques qu'il affecte), la population est quant à elle le niveau d'intérêt en écotoxicologie dans la mesure où elle représente l'unité élémentaire à préserver pour que se maintienne la diversité biologique nécessaire à l'équilibre structural et fonctionnel de l'écosystème. Les effets écotoxicologiques sont d'autant plus marqués qu'un plus grand nombre d'individus, au sein des populations, sont affectés, à la fois en termes de survie et de reproduction. Toute variation du taux de survie ou du taux de reproduction est en effet à l'origine d'une modification respectivement instantanée ou à long terme des effectifs des populations. De ces changements populationnels peuvent ensuite découler des modifications structurales et fonctionnelles au sein des communautés (Cf. Activité 1683) et, in fine, des déséquilibres à l'échelle de l'écosystème.
Le volet "populations" de l'équipe Écotoxicologie et Qualité des Milieux aquatiques associe des approches démographiques et génétiques. Les traits démographiques tels que ceux estimés grâce aux tables de survie peuvent être utilisés dans des modèles de dynamique de populations pour estimer un paramètre comme le taux d'accroissement, directement informatif en écotoxicologie, en particulier lorsque l'objectif est de nature prédictive. Le suivi de l'évolution des traits d'histoire de vie est à la base de l'analyse des processus adaptatifs et d'extinction dans les populations d'invertébrés exposées à des pesticides.
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