Développement d’un biomarqueur de qualité spermatique chez deux espèces de crevettes Palaemonidae : état des lieux le long du continuum estuaire / littoral de la Seine

Development of biomarker of sperm quality in two shrimp species of Palaemonidae : inventory along the estuary / littoral continuum of the Seine

• Auteur / Autrice : Alexandre Erraud
• Direction : Joëlle Leray-Forget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - Populations - Interactions
• Date : Soutenance le 25/05/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université du Havre (1984-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Stress environnementaux et biosurveillance des milieux aquatiques (Reims, Marne ; Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Mouchel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joëlle Leray-Forget, Jean-Marie Mouchel, Wilfried Sanchez, Laury Gauthier, Emilie Lacaze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wilfried Sanchez, Laury Gauthier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Variabilité

Test des comètes

Environnement -- Surveillance

Bouquet (crustacés)

ADN

Spermatozoïdes

Mots clés libres

Palaemon serratus

Palaemon longirostris

Surveillance environnementale

Continuum estuaire, littoral

Spermatozoïdes

Intégrité de l'ADN

Variabilité naturelle

Niveau basal

Test Comet

Valeurs seuil

Environmental biomonitoring

Spermatozoa

DNA Integrity

Natural variability

Baseline level

Continuum estuary-littoral ecosystem

Comet Assay

Threshold value

Résumé

La fitness et a fortiori la survie d'une population dépendent de la stratégie et des performances de reproduction façonnées par son environnement. Par conséquent, les biomarqueurs traduisant une altération de la fonction de reproduction présentent un intérêt particulier. L'atteinte de la fertilité mâle au sein de la faune sauvage a notamment été adressée comme une problématique majeure susceptible de représenter une menace pour le maintien des populations. Toutefois, peu de méthodologies sont aujourd'hui disponibles chez des espèces pertinentes pour aborder cette problématique dans le cadre de programmes de biosurveillance environnementale, notamment chez les crustacés en dépit de leur représentativité au sein du règne animal et de leurs indispensables fonctions au sein des écosystèmes. Dans ce contexte, les présents travaux avaient pour objectif de proposer une ou plusieurs méthodologies basées sur la mesure de marqueurs de fonctionnalité et d'intégrité spermatique chez des crevettes Palaemonidae. Les investigations se sont portées sur deux espèces, une estuarienne, Palaemon longirostris, et une côtière, Palaemon serratus, pour leur complémentarité vis-à-vis du continuum estuaire - littoral. Compte tenu des nombreuses spécificités structurelles et fonctionnelles des spermatozoïdes de crustacés, I nombre de marqueurs transposables vers ces espèces s'est finalement avéré limité. Aussi, après une brève prospection, l'effort de recherche a rapidement été recentré sur la mesure de l'intégrité de l'ADN. Dès lors, la démarche scientifique a été construite de sorte à évaluer, point par point, la pertinence de la méthodologie développée dans une perspective d'application de l'outil dans le cadre de la surveillance environnementale. Une étape préliminaire d'optimisation et de validation méthodologique du test Cornet a démontré que, contrairement à une grande majorité de type spermatique, l'adaptation de ce test sur les spermatozoïdes de Palaemonidae ne nécessite aucune modification particulière du protocole. La dynamique de la réponse biologique en termes d'apparitions, de rémanence et d'effets possibles sur la fitness a été évaluée en conditions contrôlées au laboratoire. Ainsi, des expositions ex vivo et in vivo ont été conduites en utilisant une variété de génotoxiques modèles présentant différents modes d'actions. Les résultats ont attesté de la sensibilité, de la reproductibilité et du caractère intégrateur de la réponse. En revanche, aucun lien entre un ADN spermatique endommagé et une altération du succès de reproduction pré-éclosion n'a pu être établi. Parallèlement, une approche in situ a été conduite en vue de caractériser la valeur basale de la réponse mesurée. Différentes stratégies ont dû être adoptées en fonction des contraintes propres au milieu de vie de chacune des deux espèces. Un référentiel et une valeur seuil, communs aux deux espèces, ont pu être définis, soulignant le potentiel de transférabilité inter-espèces de l'outil. La méthodologie ainsi finalisée, a été éprouvée dans le cadre de plusieurs campagnes de suivi de différentes populations indigènes de l'estuaire et de la baie de Seine en 2015 et 2016. Les résultats se sont révélés très cohérents au regard de la pression de contamination et de la dynamique hydro-sédimentaire de la baie de Seine. En définitive, l'intégrité de l'ADN spermatique chez les Palaemonidae est opérationnelle en l'état pour un déploiement in situ en tant que biomarqueur d'exposition à un stress génotoxique. De futurs études devront néanmoins être conduites (1) pour mieux discerner les implications de ces dommages spermatiques en termes d'impact sur le recrutement des nouvelles cohortes et (2) éprouver la transférabilité de la méthodologie à d'autres espèces de crevettes et sur une plus large échelle géographique.

The environment shapes the reproduction's strategy and performance of a population, influencing its fitness and a fortiori its survival. Therefore, biomarkers that alter reproductive functions represent a great interest in ecotoxicology. The reduction of male fertility in wildlife can represent a threat to the population's survival. Moreover, fcw methodologies are available for species that are relevant to address this issue on envimnmental biomonitoring programs, especially for crustaceans, despite their representativeness in the wildlife and their essential functions within ecosysterns. The present work aimed to propose methodologies based on the measurement of functionality and integrity spermatic biomarkers on Palaemonidae shrimps. We studied two species, an estuarine, Palaemon longirostris, and a coastal species. Palaemon serratus. due to their complementaiity on the continuum estuary-littoral ecosystem. Howevcr, crustaceans' sperm has many structuraI and functional characteristics, the number of transposable markers is limited. Thereafter, the research effort was refocused on the measurement of the DNA integrity and this inethod was evaluated for its adequacy for a biomonitoring study. We optitrtized and validate the Cornet assay for the Palaemonidae species, and the dynamic of the biological response in ternis of appearances, persistence, and possible effects on fitness was evaluated under controlled conditions in the laboratoiy. Furthermore, ex-vivo and in-vivo exposures were conducted using genotoxic models with different modes of action. On the one hand, results attested to the sensibility, the reproducibility and the integrating character of the response, on the other hand, no correlation between damaged sperm DNA and an altération of the pre-hatch stage of development was established. In paralIel, an in-situ approach was conducted to characterize the baseline level of the measured response, taking into consideration the specific constraints of each species' habitat. We were able to define a common baseline level and a threshold value for both species, highlighting the potential of the tool for inter-species transferability. This method was tested with native populations from the estuary and from the Seine Bay in 2015 and 20] 6. And, the results proved to be consistent with the contamination pressure and the hydro-sedimentary dynamics of the Seine Bay. Ultimately, the DNA integrity of sperm in Palaemonidae seems to be functional for in-situ deploytnents as a biomarker of exposure to genotoxic stress. Nevertheless, future studies should be conducted (1) to botter discern the implications of this spermatic damage on the recruitment of new cohorts and, (2) to test the transferability of the methodology to other shrimp species and on a wider geographical scale.