Coupling ecological network analysis with high-throughput sequencing-based surveys: Lessons from the next-generation biomonitoring project

Maxime Dubart (), Pascal Alonso, Didac Barroso-Bergadà, N. Becker (), Kévin Béthune, David Bohan (), Christophe Boury, Marine Cambon (), Elsa Canard (), Emilie Chancerel (), Julien Chiquet (), Patrice David (), Natasha de Manincor, Sophie Donnet (), Anne Duputié (), Benoit Facon (), Erwan Guichoux (), Tâm Le Minh (), Sebastián Ortiz-Martínez, Lucie Piouceau, Ambre Sacco--Martret de Préville, Manuel Plantegenest (), Céline Poux, Virginie Ravigné (), Stephane Robin (), Marine Trillat (), Corinne Vacher (), Christian Vernière () and François Massol ()
Additional contact information
Maxime Dubart: Evo-Eco-Paléo (EEP) - Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 - Université de Lille - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Pascal Alonso: UMR PHIM - Plant Health Institute of Montpellier - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Montpellier - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement - UM - Université de Montpellier
Didac Barroso-Bergadà: Agroécologie [Dijon] - UB - Université de Bourgogne - UBFC - Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Dijon - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
N. Becker: ISYEB - Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité - MNHN - Muséum national d'Histoire naturelle - EPHE - École Pratique des Hautes Études - PSL - Université Paris Sciences et Lettres - SU - Sorbonne Université - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - UA - Université des Antilles
Kévin Béthune: CEFE - Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive - UPVM - Université Paul-Valéry - Montpellier 3 - EPHE - École Pratique des Hautes Études - PSL - Université Paris Sciences et Lettres - UM - Université de Montpellier - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - IRD [Occitanie] - Institut de Recherche pour le Développement - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro - Montpellier SupAgro - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
David Bohan: Agroécologie [Dijon] - UB - Université de Bourgogne - UBFC - Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Dijon - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Christophe Boury: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Marine Cambon: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, Bangor University
Elsa Canard: IGEPP - Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes - UR - Université de Rennes - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Rennes Angers - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Emilie Chancerel: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Julien Chiquet: MIA Paris-Saclay - Mathématiques et Informatique Appliquées - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Patrice David: CEFE - Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive - UPVM - Université Paul-Valéry - Montpellier 3 - EPHE - École Pratique des Hautes Études - PSL - Université Paris Sciences et Lettres - UM - Université de Montpellier - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - IRD [Occitanie] - Institut de Recherche pour le Développement - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro - Montpellier SupAgro - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Natasha de Manincor: Evo-Eco-Paléo (EEP) - Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 - Université de Lille - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique, UC Riverside - University of California [Riverside] - UC - University of California
Sophie Donnet: MIA Paris-Saclay - Mathématiques et Informatique Appliquées - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Anne Duputié: Evo-Eco-Paléo (EEP) - Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 - Université de Lille - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Benoit Facon: UMR PVBMT - Peuplements végétaux et bioagresseurs en milieu tropical - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - UR - Université de La Réunion - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, UMR CBGP - Centre de Biologie pour la Gestion des Populations - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - UM - Université de Montpellier - IRD [Occitanie] - Institut de Recherche pour le Développement - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro - Montpellier SupAgro - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Erwan Guichoux: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Tâm Le Minh: MIA Paris-Saclay - Mathématiques et Informatique Appliquées - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Sebastián Ortiz-Martínez: IGEPP - Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes - UR - Université de Rennes - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Rennes Angers - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Lucie Piouceau: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Ambre Sacco--Martret de Préville: IGEPP - Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes - UR - Université de Rennes - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Rennes Angers - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Manuel Plantegenest: IGEPP - Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes - UR - Université de Rennes - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Rennes Angers - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Céline Poux: Evo-Eco-Paléo (EEP) - Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 - Université de Lille - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Virginie Ravigné: ISYEB - Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité - MNHN - Muséum national d'Histoire naturelle - EPHE - École Pratique des Hautes Études - PSL - Université Paris Sciences et Lettres - SU - Sorbonne Université - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - UA - Université des Antilles, UMR PVBMT - Peuplements végétaux et bioagresseurs en milieu tropical - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - UR - Université de La Réunion - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, Cirad-BIOS - Département Systèmes Biologiques - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
Stephane Robin: MIA Paris-Saclay - Mathématiques et Informatique Appliquées - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, LPSM (UMR_8001) - Laboratoire de Probabilités, Statistique et Modélisation - SU - Sorbonne Université - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - UPCité - Université Paris Cité
Marine Trillat: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Corinne Vacher: BioGeCo - Biodiversité, Gènes & Communautés - UB - Université de Bordeaux - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Christian Vernière: UMR PHIM - Plant Health Institute of Montpellier - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Montpellier - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement - UM - Université de Montpellier, Cirad-BIOS - Département Systèmes Biologiques - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
François Massol: CIIL - Centre d’Infection et d’Immunité de Lille - INSERM U 1019 - UMR 9017 - UMR 8204 - Institut Pasteur de Lille - Pasteur Network (Réseau International des Instituts Pasteur) - INSERM - Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale - Université de Lille - CHRU Lille - Centre Hospitalier Régional Universitaire [CHU Lille] - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique

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Abstract: Biomonitoring ecosystems is necessary in order to evaluate risks and to efficiently manage ecosystems and their associated services. Agrosystems are the target of multiple stressors that can affect many species through effects cascading along food webs. However, classic biomonitoring, focused on species diversity or indicator species, might be a poor predictor of the risk of such whole-ecosystem perturbations. Thanks to high-throughput sequencing methods, however, it might be possible to obtain sufficient information about entire ecological communities to infer the functioning of their associated interaction networks, and thus monitor more closely the risk of the collapse of entire food webs due to external stressors. In the course of the ‘next-generation biomonitoring' project, we collectively sought to experiment with this idea of inferring ecological networks on the basis of metabarcoding information gathered on different systems. We here give an overview of issues and preliminary results associated with this endeavour and highlight the main difficulties that such next-generation biomonitoring is still facing. Going from sampling protocols up to methods for comparing inferred networks, through biomolecular, bioinformatic, and network inference, we review all steps of the process, with a view towards generality and transferability towards other systems.

Keywords: Ecological networks; eDNA; High throughput sequencing; Logic-based machine learning; Microbiomes; Network inference; Next-generation biomonitoring; Next-generation sequencing (search for similar items in EconPapers)
Date: 2021-12
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Citations:

Published in Advances in Ecological Research, 2021, Advances in Ecological Research, 65, pp.367-430. ⟨10.1016/bs.aecr.2021.10.007⟩

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DOI: 10.1016/bs.aecr.2021.10.007

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