Capacités adaptatives d'écotypes d'épinoches marines et d'eau douce de Méditerranée

Physiology of Threespined Sticklebacks, Gasterosteux aculeatus, of the Camargue at different salinities

• Auteur / Autrice : Khalid Hussain Rind
• Direction : Jehan-Hervé Lignot, Patricia Cucchi-Mouillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Mixte de Recherche CNRS-IFREMER-IRD-UM 9190 MARBEC Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation Université de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jean-Patrice Robin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jehan-Hervé Lignot, Patricia Cucchi-Mouillot, Jean-Patrice Robin, Frédéric Hervant, Rémi Chappaz, Jean-Marc Porcher
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Hervant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adaptation

Camargue (Bouches-du-Rhône, France)

France

Physiologie

Poissons d'eau douce

Épinoche à trois épines

Mots clés libres

Méditerranée

Population

Acclimatation

Mediterranean

Osmoregulation

Acclimation

Résumé

Les épinoches à 3 épines (Gasterosteus aculeatus), pêchées dans différentes régions de Camargue, ont été étudiées et soumises à différentes salinités. La pression osmotique du sang de poissons gardés en eau douce (FW : 5 ppm), en eau saumâtre (BW : 15 ppm) et en eau de mer (SW : 30ppm) était différente (147, 457 et 911 mOsmkg-1, respectivement). Cependant, les résultats de consommation d’oxygène montrent des valeurs similaires pour les poissons capturés dans la l’étang du Marteau (SW), le canal du Versadou (FW) et l’étang mésohalin (eau saumâtre) du Vaccarès (BW). Ainsi, ces épinoches peuvent rapidement s'acclimater à différentes salinités et se déplacer librement entre ces différents habitats avec des dépenses énergétiques limitées. Pour les épinoches du Vaccarès, le taux de consommation d'O2 diminue immédiatement après le transfert en FW jusqu'à 1 heure après transfert. L'activité branchiale Na+/ K+-ATPase (NKA) des épinoches collectées dans l’étang du Marteau et directement transférées en FW a révélé une augmentation significative 24h et 48h après le transfert (28% et 40%, respectivement). Cependant, l'activité NKA des branchies est réduite de manière significative de 36%, 24h suivant le transfert en SW.La morphologie corporelle des épinoches a également été étudiée mais des variations morphologiques limitées ont pu être observées. Le nombre moyen de plaques latérales est de 4,45 ± 0,31. Cependant, une différence morphologique significative est observée pour les branchiospines.Le marquage NKA a révélé des ionocytes avec différentes morphologies. Ces cellules sont également deux fois plus nombreuses chez les poissons FW que chez les poissons SW. Deux types d'ionocytes ont été identifiés chez les poissons FW: les cellules avec un dôme apical et les ionocytes avec une structure en nid d'abeille. Ces cellules sont bien des ionocytes du fait de leurs structures internes (présence de nombreuses mitochondries et d’un système tubulo-vésiculaire dense avec une membrane basale profondément invaginée). Chez les poissons acclimatés en SW, seuls des ionocytes avec une grande crypte apicale ont été observés le long des filaments branchiaux à la base des lamelles branchiales. Aucun ionocyte n'a pu être observé le long des lamelles branchiales. L'expression relative de l'ARNm de NKA α1 est apparue plus élevée dans les branchies des poissons acclimatés en SW que chez les poissons en BW. L’expression de la NKA α1b est significativement surexprimée dans les branchies des poissons SW par rapport aux poissons BW et FW. Cependant, pour la NKAα1a, les expressions relatives dans les branchies ne sont pas différentes selon la salinité. Pour l'expression du CFTR et de la V-ATPase, nous n'avons trouvé aucune différence significative. Par contre, NKCC1 est significativement plus élevé chez les épinoches acclimatées en SW.Les analyses histologiques du rein et le marquage de la NKA au niveau des tubules proximaux du rein n'ont révélé aucune différence pour les poissons en FW et en SW. Pour l'intestin, un fort marquage a été observé le long des membranes basolatérales des entérocytes. Cependant, là encore, nous n'avons observé aucune différence due aux conditions de salinité. Ces résultats suggèrent un haut niveau de plasticité pour ces organes.Globalement, ces résultats indiquent que les épinoches de Camargue sont homogènes au niveau morphologique et physiologique et possèdent de fortes capacités euryhalines. Cependant, des différences ont été identifiées au niveau des branchiospines entre les poissons capturés dans les habitats FW et les habitats BW/SW, probablement en raison de régimes alimentaires différents. Par conséquent, ces populations peuvent ne pas se mélanger même si les différents environnements aquatiques de Camargue sont interconnectés.

Threespined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) fished from different areas of the Camargue were studied and challenged to various salinity conditions. Blood osmotic pressures for fish kept in FW (5‰), BW (15‰) and SW (30‰) were different (147, 457 and 911 mOsm kg-1, respectively). However, oxygen consumption results revealed similar values for fish collected from the seawater Marteau lagoon (SW), the freshwater Versadou canal (FW) and the mesohaline/brackish water Vaccarès lagoon (BW). Therefore, sticklebacks of the Camargue can rapidly acclimate to different salinity conditions and move freely among these different habitats with limited energy expenditure. For sticklebacks from the Vaccarès lagoon, a significant reduction in O2 consumption rate occurred immediately after transfer to FW and up to 1h after transfer. The branchial Na+/K+-ATPase (NKA) activity of sticklebacks collected from the SW Marteau lagoon directly transferred from SW to FW, revealed a significant increase 24 h and 48 h after transfer (28% and 40%, respectively). However, gill NKA activity was significantly decreased by 36% within 24 h following immediate transfer to SW.Body morphology of sticklebacks was also studied but limited morphological variations could be observed for fish collected from different habitats. The average lateral plate number is 4.45±0.31. However, a significant morphological difference is observed for gill rakers.NKA labeling on histological sections revealed different ionocyte morphologies. In the gills of FW sticklebacks, ionocytes were observed along the gill filaments as well as the gill lamellae. Ionocytes were only identified along the gill filaments for SW fish. For SW fish, the ionocytes were round in shape and slightly smaller than the ionocytes of the FW fish. The ionocytes of the FW fish along the gill filaments were elongated but ionocytes along the gill lamellae were flattened and wider. Ionocytes were also twice more numerous for FW fish compared to SW fish.Also, two types of ionocyte were identified in FW fish: cells with an apical dome shape and ionocytes with a honeycomb-like structure. All these cell types were confirmed as ionocytes due to their internal structures filled with numerous mitochondria and a dense tubulo-vesicular system, with deeply invaginated basal membrane. In SW-acclimated fish, only ionocytes with a large apical crypt were observed along the gill filaments at the base of the gill lamellae. No ionocytes could be observed along the gill lamellae.Relative NKA α1 mRNA expression was higher in the gills of SW acclimated fish compared to BW fish and NKA α1b was significantly overexpressed in the gills of SW acclimated fish compared to the FW and BW fish. However, for NKAα1a, mRNA relative gene expressions in the gills are not different due to salinity. Whereas, for CFTR and V-ATPase expression, we did not find any significant difference. On the other hand, NKCC1 was significantly higher in SW acclimated sticklebacks.For sticklebacks kept in FW and for those acclimated to SW, analyses of histological sections from the kidney and NKA immunolabeling of the kidney proximal tubules revealed no difference. For the intestine, a strong immunofluorescence was observed along the basolateral membranes of the enterocytes for both the anterior and posterior intestine of FW and SW-acclimated sticklebacks but, again, we did not observe any difference due to salinity conditions. These results suggest a high level of plasticity for these organs.Altogether, these results indicate that sticklebacks of the Camargue area are morphologically and physiologically homogenous and have strong euryhaline capacities. Some differences were identified however for the gill rakers between fish collected from the FW and mesohaline / euryhaline habitats most probably due to different feeding regimes. Therefore, these fish populations may not mix even if the different Camargue aquatic environments are interconnected.