Plasticité phénotypique et variabilité intraspécifique de la tolérance à la dessalure chez le loup méditerranéen Dicentrarchus labrax

Phenotypic plasticity and intraspecific variability in desalination tolerance in European sea bass Dicentrarchus labrax

• Auteur / Autrice : Thibaut L'Honoré
• Direction : Catherine Nebel, Emilie Farcy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie adaptative
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 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 : David J. McKenzie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Nebel, Emilie Farcy, David J. McKenzie, François H. Lallier, Jean-Patrice Robin, Guillaume Mitta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François H. Lallier, Jean-Patrice Robin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télomères (génétique)

Osmorégulation

Animaux -- Variabilité

Dicentrarchus

Plasticité phénotypique

Écophysiologie

Mots clés libres

Ecophysiologie

Plasticité phénotypique

Variabilité intraspécifique

Osmorégulation

Poisson

Ecophysiology

Phenotypic plasticity

Intraspecific variability

Osmoregulation

Fish

Résumé

Face à un changement dans leur environnement, les organismes peuvent être amenés à fuir ou à s’acclimater. L’acclimatation repose sur la capacité des organismes à pouvoir modifier leur phénotype, c’est à dire certains de leur traits biologiques (métabolisme,comportement, physiologie) afin de pouvoir survivre dans un environnement donné. On parle alors de plasticité phénotypique. Cependant,les autres individus d’une même espèce peuvent présenter des différences au sein de leur génotype et phénotypes. On parle alors de variabilité inter-individuelle ou intraspécifique. Cette variabilité peut se retrouver dans la plasticité que possèdent les organismes à répondre à des changements rapides ou à long terme de leur environnement. Le bar ou loup Européen Dicentrarchus labrax est un poisson marin dont l’aire de répartition s’étend des côtes nord européennes jusqu’aux côtés africaines en passant par la Méditerranée. Il entreprend des migrations saisonnières dès le stade juvénile dans les lagunes et les estuaires voire parfois même en rivière. C’est donc une espèce plastique en termes de physiologie osmorégulatrice, capable de supporter une grande gamme de salinité : de 0 à 90 ppt. En revanche, en laboratoire une forte variabilité dans la réponse osmorégulatrice en eau douce a pu être mise en évidence. Les objectifs de cette thèse étaient de caractériser la plasticité phénotypique et la variabilité intraspécifique du loup méditerranéen en lien avec la dessalure.Pour cela, des loups ont été transférés en eau douce et étudiés par différentes approches. La première m’a permis d’appréhender les effets de la dessalure sur le métabolisme respiratoire et la tolérance à l’hypoxie. En eau douce, les capacités respiratoires des loups diffèrent de celles en eau de mer avec un taux métabolique plus haut, ainsi qu’une tolérance à l’hypoxie plus accrue. De plus, l’étude des transcrits révèle des réponses différentes après deux semaines et après deux mois passés en eau douce. Les individus incapables de tolérer l’eau douce ont été caractérisés par des traits comportementaux (vitesse, déplacement) et biochimiques (pression osmotique,chlorure et sodium sanguins) plus faibles que ceux des tolérants à la dessalure. L’étude des transcrits (transporteurs ioniques et récepteurs aux hormones) a révélé que l’intolérance à l’eau douce serait due en partie à une incapacité au niveau rénale à réabsorber les ions et donc à maintenir leur balance hydrominérale. L’étude de la variabilité phénotypique des loups méditerranéens en eau douce a été répétée à des âges différents. Elle démontre que la tolérance/l’intolérance à l’eau douce est un phénomène stable en termes de proportions (30% d’intolérants),mais labile avec le temps (ce ne sont pas forcément les mêmes individus qui sont tolérants ou intolérants à la dessalure suite à des transferts successifs). Cela suggère des mécanismes de régulation aléatoire, génétiques et/ou épigénétiques. Une étude préliminaire de la méthylation des cystéines de l’ADN a permis de déduire que le transfert en eau douce influe sur la méthylation globale de l’ADN. Le lien entre variabilitéintra spécifique liée à la tolérance à l’eau douce et méthylation de l’ADN reste à étudier.La dernière approche menée a consisté à étudier la dynamique des télomères (longueur et expression du gène de la télomérase)comme potentiels marqueurs de stress hypo-osmotiques chez le loup. La méthode, désormais au point n’indique aucun effet du stress hypoosmotique sur la dynamique des télomères. Néanmoins, la réponse des loups intolérants à l’eau douce reste à confirmer en augmentant le nombre d’individus. Ces résultats préliminaires suggèrent que les transitions vers les environnements hypo-osmotiques ne provoquent pas plus de dommages oxydatifs au niveau branchial. Il serait intéressant d’aborder l’approche de la dynamique des télomères dans le cadre d’autres stress environnementaux et de creuser l’approche sur d’autres organes.

Facing environmental change, organisms may have to flee or to acclimate. Acclimation is based on the ability of organisms tomodify their phenotype, i.e. some of their biological traits (metabolism, behaviour, physiology) in order to survive in a given environment.This is called phenotypic plasticity. However, individuals of the same species may differ within their genotype and phenotypes. This isreferred as inter-individual or intra-individual variability. This variability can be found in the plasticity of organisms to respond to rapid orlong-term changes in their environment. The European sea bass Dicentrarchus labrax is a marine fish whose range extends from the northernEuropean coasts to the African sides and the Mediterranean sea. It undertakes seasonal migrations from the juvenile stage in lagoons andestuaries and sometimes even in rivers. It is therefore a plastic species in terms of osmoregulatory physiology, capable of withstanding a widerange of salinity: from 0 to 90 ppt. On the other hand, in the laboratory, a high variability in the osmoregulatory response in fresh water wasfound. The objectives of this thesis were to characterise the phenotypic plasticity and intraspecific variability of the Mediterranean sea bass inrelation to desalination.To do this, fish were transferred to fresh water and studied by different approaches. The first one allowed me to understand theeffects of desalination on respiratory metabolism and hypoxia tolerance. In fresh water, the respiratory capacities of sea bass differ fromthose of seawater with a higher metabolic rate, as well as a higher tolerance to hypoxia. In addition, the study of the transcripts revealsdifferent responses after two weeks and two months in fresh water. Individuals unable to tolerate fresh water were characterised by lowerbehavioural traits (velocity, displacement) and biochemical traits (osmotic pressure, blood chloride and sodium) than those of freshwatertolerant. The study of transcripts (ionic transporters and hormone receptors) revealed that intolerance to fresh water is partly due to aninability at the renal level to reabsorb ions and thus maintain the hydromineral balance. The study of the phenotypic variability ofMediterranean sea bass in fresh water has been repeated at different ages. It shows that tolerance/intolerance to fresh water is a stablephenomenon in terms of proportions (30% intolerant), but labile over time (it is not necessarily the same individuals who are tolerant orintolerant to fresh water following successive transfers). This suggests random, genetic and/or epigenetic regulatory mechanisms. Apreliminary study of DNA cysteine methylation concluded that freshwater transfer influences overall DNA methylation. The link betweenintraspecific variability related to freshwater tolerance and DNA methylation remains to be investigated.The last approach used was to study telomere dynamics (length and expression of the telomerase gene) as potential markers ofhypo-osmotic stress in sea bass. The method, now in development, does not indicate any effect of hypo-osmotic stress on telomere dynamics.Nevertheless, the response of intolerant sea bass to fresh water has yet to be confirmed by increasing the number of individuals. Thesepreliminary results suggest that transitions to hypo-osmotic environments do not cause more oxidative damage at the branchial level. Itwould be interesting to use this approach in the context of other environmental stressors and to explore other organs telomere dynamics.