Comparaison du métabarcoding ADN et de la microscopie optique pour identifier le phytoplancton eucaryote en mer Baltique, dans le Kattegat et le Skagerrak

Pourquoi les minuscules plantes marines comptent

Dans la mer Baltique et ses eaux voisines, d’immenses communautés de plantes microscopiques appelées phytoplancton alimentent les réseaux trophiques marins et influencent la qualité de l’eau. Suivre quelles espèces sont présentes et comment elles évoluent au fil du temps est essentiel pour détecter des efflorescences nocives, comprendre les impacts climatiques et gérer les pêcheries. Cette étude interroge si une technique moderne basée sur l’ADN peut compléter les relevés historiques effectués au microscope sur lesquels s’appuient encore de nombreux programmes de surveillance.

Deux regards différents sur la même communauté

Pendant des décennies, des spécialistes ont identifié le phytoplancton en examinant des échantillons d’eau conservés au microscope optique, comptant soigneusement les cellules et associant les formes aux espèces. Cette approche fournit une preuve visuelle directe mais demande du temps d’expert et peut manquer les cellules très petites ou fragiles. Le métabarcoding ADN offre une voie différente. En filtrant l’eau de mer, en extrayant tout le matériel génétique et en séquençant un gène marqueur partagé par de nombreux organismes, les chercheurs peuvent déduire les taxons présents à partir de leurs signatures d’ADN, même si les cellules sont trop petites ou trop semblables pour être distinguées à l’œil.

Un terrain d’essai naturel avec des niveaux de salinité changeants

La mer Baltique, le Kattegat et le Skagerrak forment un système connecté avec un fort gradient de salinité, allant d’une eau presque douce dans le golfe de Botnie au nord à des conditions pleinement marines dans le Skagerrak. Cette variété héberge un mélange de phytoplancton d’eau douce et marin et rend l’identification uniquement par la forme particulièrement exigeante. L’équipe a prélevé 232 échantillons d’eau de surface sur 17 stations le long de ce gradient entre début 2019 et début 2020. Chaque échantillon a été examiné de deux façons : par la méthode Utermöhl classique au microscope et par le métabarcoding ADN du gène de l’ARN ribosomique 18S, un marqueur standard pour les micro-organismes eucaryotes.

Ce que l’ADN révèle et que les microscopes manquent

Globalement, le métabarcoding ADN a détecté beaucoup plus d’ordres, de genres et d’espèces que la microscopie. Par exemple, il a mis en évidence de nombreux taxons à petites cellules difficiles voire impossibles à reconnaître morphologiquement, comme plusieurs petits dinoflagellés et haptophycées. Les deux méthodes étaient d’accord sur la présence de 43 % des genres les plus courants, mais chacune a aussi identifié des groupes que l’autre a manqués. Certaines espèces n’apparaissaient que dans les comptages microscopiques, souvent parce que les séquences de référence ADN nécessaires font encore défaut ou sont incomplètes dans les bases publiques. D’autres n’apparaissaient que dans les données ADN, en particulier parmi les organismes très petits qui ont tendance à être regroupés en larges catégories au microscope.

Compter les cellules versus peser la biomasse

Les chercheurs se sont aussi demandé si le nombre de séquences d’ADN pouvait remplacer les abondances réelles. Ils ont essayé plusieurs façons de normaliser les données de séquençage, notamment en utilisant de l’ADN synthétique ajouté comme référence et en ajustant par la concentration totale d’ADN. Lorsqu’ils ont comparé ces mesures aux estimations microscopiques du nombre de cellules, du volume cellulaire (biovolume) et de la teneur en carbone, les correspondances étaient généralement faibles et variables selon les groupes taxonomiques et les régions. Fait intéressant, les résultats ADN s’alignaient mieux avec le carbone et le biovolume qu’avec les simples dénombrements cellulaires, ce qui suggère que le nombre de copies du gène peut être davantage corrélé à la taille cellulaire qu’au nombre d’individus. Malgré tout, aucune méthode de normalisation n’a permis de traduire de manière fiable les lectures d’ADN en biomasse absolue sur l’ensemble du jeu de données.

Comment les deux méthodes se complètent

Malgré les limites quantitatives, le métabarcoding ADN s’est avéré plus reproductible que la microscopie pour plusieurs classes majeures de phytoplancton et a saisi des schémas régionaux clairs de composition communautaire le long du gradient de salinité. Il a également mis en évidence des groupes susceptibles de former des efflorescences nocives et difficiles à identifier dans les comptages de routine. Les auteurs concluent que les relevés basés sur l’ADN ne sont pas encore prêts à remplacer la microscopie dans la surveillance à long terme, surtout lorsque des estimations précises de la biomasse et des identifications au niveau de l’espèce sont nécessaires. Cependant, à mesure que les bases de référence s’enrichiront, que le séquençage longue lecture se généralisera et que l’on comprendra mieux la variabilité du nombre de copies géniques entre les taxons, le métabarcoding pourra fortement étendre les évaluations de biodiversité. Utilisé en parallèle de la microscopie traditionnelle, il offre un moyen puissant d’observer à la fois les éléments familiers et les parties cachées des communautés de phytoplancton marines.

Citation: Torstensson, A., Brugel, S., Andersson, A.F. et al. Comparing DNA metabarcoding with light microscopy to identify eukaryotic phytoplankton in the Baltic Sea, Kattegat and Skagerrak. Sci Rep 16, 15743 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48838-z

Mots-clés: phytoplancton, métabarcoding ADN, mer Baltique, suivi marin, microscopie