Avec les taux sans précédent de déclin mondial des espèces dans les taxons1, 2, 3 et 4, l’impulsion pour créer un inventaire complet de la biodiversité, qui comprend des espèces non découvertes et non décrites auparavant, devient une course contre la montre 2,5. D’une part, la conservation de la biodiversité n’a de sens qu’à la lumière de connaissances taxonomiques appropriées 6,7. Ainsi, l’identification de la biodiversité au niveau de l’espèce est nécessaire, étant donné que des espèces étroitement apparentées mais différentes peuvent avoir des niches fondamentales uniques8.
Dans la systématique des coléoptères, la taxonomie alpha ou taxonomie traditionnelle est l’étalon-or en matière d’identification des espèces, comme pour la plupart, sinon la totalité, des groupes d’animaux9. Cette approche s’appuie sur les caractères morphologiques pour classer les organismes à la taxonomie supérieure et pour fournir une identification au niveau de l’espèce10,11. Dans de nombreux cas, l’identification au niveau de la famille12 ou même au niveau du genre13 peut être effectuée en utilisant uniquement des caractéristiques morphologiques externes, telles que la forme du corps et des adaptations spécialisées. Pendant ce temps, l’identification au niveau de l’espèce chez les coléoptères se fait généralement par la comparaison des détails structurels de l’aedeagus ou des organes génitaux mâles 14,15,16.
Malgré l’acceptation généralisée de cette taxonomie alpha basée sur la morphologie, cette approche de la découverte d’espèces est entravée par de nombreux « obstacles taxonomiques »6,17,18, en particulier chez les invertébrés19. En systématique des coléoptères, l’identification et/ou la découverte d’espèces à l’aide de la taxonomie alpha se heurtent aux défis d’un nombre limité de taxonomistes qualifiés20,21, de descriptions antérieures brèves et à peine informatives22, et de problèmes logistiques liés à l’accès à la littérature et aux spécimens types23.
Cette situation est même exacerbée lorsque le taxon en question est cryptique ou très discret. L’espèce cryptique fait référence à l’ensemble des espèces d’un même genre, ou même de genres différents, qui ne peuvent pas être facilement délimités par une morphologie comparative, compte tenu des différences phénétiques interspécifiques subtiles24. Certains taxons cryptiques, considérés comme des « taxons sombres »25,26,27, souffrent en outre d’être hyperdiversifiés mais fortement sous-étudiés. Malheureusement, ce n’est pas rare chez les coléoptères riverains et aquatiques 8,28. L’incapacité à tenir compte de la délimitation des espèces parmi les taxons cryptiques sombres menace la biodiversité, car une mesure de conservation unique est accordée à des organismes de niches et d’exigences écologiques potentiellement différentes 8,29.
Compte tenu de ces défis, la « taxonomie intégrative »23, ou l’approche consistant à coupler la taxonomie alpha avec une autre source de preuves, a gagné du terrain en tant que moyen d’ériger de nouvelles espèces au cours des deux dernières décennies 30,31,32. L’une de ces sources de données utilisées dans les études taxonomiques intégratives sur les coléoptères 33,34,35,36,37,38,39 et d’autres ordres d’insectes 40,41,42,43,44,45 est la séquence d’ADN. En particulier, le gène de la sous-unité I de la cytochrome c oxydase mitochondriale (COI) est utilisé pour coder à barres un ensemble diversifié d’animaux en raison de sa nature modérément conservatrice 46,47,48. Alors que son extrémité 5' (COI-5') de 658 pb, également connue sous le nom de « fragment de codage à barres » ou « fragment de Folmer », a été proposée comme séquence « diagnostique »49, la COI-3′ de 723 pb est également utilisée en raison d’un ensemble robuste d’amorces pour l’extrémité 3' 50,51,52.
Alors que le codage à barres de l’ADN à l’aide du COI a été conçu pour l’identification au niveau de l’espèce, il est limité par un référentiel de séquences a priori 53, tel que GenBank54 et BOLD55, les approches moléculaires de délimitation des espèces fixent des limites d’espèces en utilisant uniquement les séquences d’ADN fournies sans référentiel prérequis56. Il existe deux classes d’approches moléculaires de délimitation des espèces basées sur le fichier d’entrée. Tout d’abord, en utilisant l’alignement des séquences comme entrée, les approches basées sur des seuils utilisent des valeurs seuils pour déterminer la divergence entre et au sein de l’espèce 48,57,58. En tant que méthodes basées sur la distance, ces approches reposent sur une distance intraspécifique maximale observée de 3 % pour les insectes, ce que l’on appelle « l’écart de codage à barres »51,59. Parmi les approches basées sur les seuils, citons SpeciesIdentifier implémenté dans TaxonDNA60, la distance génétique via Kimura 2-parameter (K2P)61 et Assemble Species by Automatic Partitioning (ASAP)62.
Deuxièmement, en utilisant l’arbre comme fichier d’entrée, les approches basées sur la coalescence identifient les limites des espèces et trient les lignées indépendantes en déterminant le changement du taux de ramification de la lignée 63,64,66. S’appuyant souvent sur le concept d’espèces phylogénétiques67, les approches basées sur la coalescence incluent les processus de l’arbre de Poisson (PTP)68 et leur variation, PTP69 à taux multiples. Dans tous les cas, les groupes formés par les approches de délimitation moléculaire des espèces sont collectivement appelés unités taxonomiques opérationnelles moléculaires (MOTU).
Ici, nous présentons des méthodes pour un pipeline de concoction pour générer des MOTU impliquant trois approches basées sur des seuils et trois approches basées sur la coalescence (Figure 1). Le pipeline est testé sur deux ensembles de données, à savoir (1) les séquences COI-3' des coléoptères riverains de Byrrhinus Motschulsky, 1858, qui est composée de deux espèces publiées35 précédemment érigées à l’aide de la taxonomie intégrative et de séquences supplémentaires d’espèces non décrites, et (2) les séquences COI-5' d’Anacaena Thomson, coléoptères 1859, qui sont composées de séquences de deux espèces publiées70 précédemment érigé à l’aide de la taxonomie alpha et de séquences supplémentaires d’espèces non décrites.

Figure 1 : Organigramme du pipeline de concoction pour la génération de MOTU. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.