Adaptation des micro-algues symbiotiques du corail aux changements environnementaux dans l’Océan Pacifique

Adaptation of symbiotic coral micro-algae to environmental changes in the Pacific Ocean

• Auteur / Autrice : Julie Lê-Hoang
• Direction : Patrick Wincker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génomique métabolique (Evry, Essonne ; 2000-....) - France génomique (Évry, Essonne ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Gautheret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Sabourault, Hélène Magalon, Guillaume Mitta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Sabourault, Hélène Magalon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Symbiogénèse

Coraux

Adaptation (biologie)

Transcriptome

Bioinformatique

Mots clés libres

Métatranscriptomique

Tara Pacific

Symbiodiniaceae

Metatranscriptomic

Tara Pacific

Symbiodiniaceae

Résumé

Les récifs coralliens sont un écosystème, qui regroupe une très grande biodiversité marine. Le corail est un animal marin vivant en symbiose obligatoire avec une micro-algue photosynthétique de la famille des Symbiodiniaceae. La famille des Symbiodiniaceae regroupe une très grande diversité classée en 9 genres. Les récifs coralliens sont également un atout majeur pour les populations qui vivent à proximité grâce à l'abondance des poissons qu'ils abritent. Ils sont également d'une importance capitale pour l'économie de ces régions, notamment par la protection des côtes et pour le tourisme.Aujourd'hui, les récifs coralliens sont menacés par des changements environnementaux globaux et locaux qui dégradent ces écosystèmes. Parmi ces changements environnementaux on trouve l'augmentation de la température des océans, des pollutions locales et une augmentation de l'acidification des océans. Ces perturbations de l'environnement marin fragilisent la symbiose obligatoire entre le corail et sa micro-algue, pouvant entrainer une rupture symbiotique (blachissement des coraux), puis la mort du corail.Dans ce contexte, l'expédition Tara Pacific se propose d'étudier l'écosystème corallien à l'échelle d'un océan, en réalisant un vaste plan d'échantillonnage sur 32 îles réparties dans l'océan Pacifique. Au cours de cette expédition (2016-2018), trois genres de coraux ont été étudiés : Pocillopora, Millepora et Porites.Afin d'avoir une vision globale de ces espèces à l'échelle océanique, des méthodes de séquençage haut débit en métagénomique, métatranscriptomique et métabarcode ont été appliquées sur chaque échantillon de corail.Avec les données Tara Pacific des 11 premières îles, les objectifs de la thèse ont été de réaliser une étude transcriptomique globale de la micro-algue photosynthétique, en utilisant des outils bio-informatiques, afin de mieux comprendre sa diversité et son adaptation à l'échelle d'un océan. La thèse a permis de réaliser des analyses sur l'expression de la micro-algue photosynthétique dans les différentes espèces de coraux séquencés.Une analyse spécifique sur les 11 premières îles de l'expédition, a été portée sur Cladocopium et Durusdinium, qui sont les micro-algues symbiotiques du corail Pocillopora. Pour réaliser cette étude, l'analyse de la structure de populations des micro-algues Cladocopium a été faite, suivie par des études d'expression différentielle afin d'identifier les gènes permettant cette adaptation génétique et environnementale. Les résultats montrent que l'adaptation génétique de la micro-algue est déterminante pour l'adaptation du corail hôte dans différents environnements de l'Océan Pacifique. En effet, une grande fidélité symbiotique entre la micro-algue Cladocopium et l'espèce Pocillopora a été observée. Les voies métaboliques impliquées dans l'adaptation de Cladocopium à l'environnement ont été étudiées. Ces résultats ont été comparés avec l'organisme hôte afin de comprendre les mécanismes permettant l'adaptation de l'holobiont corallien Pocillopora dans l'océan Pacifique.Pour finir, une étude comparative des micro-algues photosynthétiques présentent dans l'hôte, avec celles présentent dans l'eau environnante a été conduite. Le but de cette étude est de comprendre comment la micro-algue survie en dehors de son hôte, notamment lors d'évènements de blanchissement des coraux.Cette thèse a permis par des méthodes bio-informatiques originales de mieux comprendre la diversité et l'adaptation des micro-algues symbiotiques du corail in situ et à l'échelle d'un océan.

Coral reefs are an ecosystem which gather a very large marine biodiversity. The coral is a marine animal living in obligatory symbiosis with a photosynthetic micro-algae of the Symbiodiniaceae family. The Symbiodiniaceae family includes a very high diversity classified in 9 genus. Coral reefs are also a major asset for populations living nearby, thanks to the abundance of fish they shelter. They also have a capital importance for the economy of these regions, in particular through the coast protection and the tourism.Today, coral reefs are threatened by global and local environmental changes that degrade these ecosystems. Among these environmental changes, we find oceanic temperature increases, ocean acidification and local pollutions. These disturbances of the marine environment weaken the obligatory symbiosis between the coral and its micro-algae, which can lead to a symbiotic break (coral bleaching), and then the coral death.In this context, the Tara Pacific expedition proposes to study the coral ecosystem at ocean scale, carrying out a vast sampling plan on 32 islands distributed in the Pacific Ocean. During this expedition (2016-2018), three kinds of corals genera were studied: Pocillopora, Millepora and Porites. In order, to get a global view of these species at ocean scale, metagenomic, metatranscriptomic and metabarcoding high throughput sequencing methods were applied to each coral sample.With Tara Pacific datasets from the first 11 islands, the thesis objectives were to carry out a global transcriptomic study of the photosynthetic micro-algae, using bioinformatic tools, to better understand its diversity and its adaptation at ocean scale. The thesis made it possible to carry out analyses on the expression of the photosynthetic micro-algae in the different coral species sequenced.A specific analysis was carried out on Cladocopium and Durusdinium, which are symbiotic micro-algae of the Pocillopora coral. Population structure of Cladocopium micro-algae was done, followed by differential expression studies, to identify and study the genes allowing this genetic and environmental adaptation. The results indicate that the genetic adaptation of the micro-algae is crucial for the adaptation of the coral host, in different environments of the Pacific. Indeed, a a high symbiotic fidelity between the micro-algae Cladocopium and the Pocillopora species has been observed. The metabolic pathways involved in the adaptation of Cladocopium to the environment have been investigated. These results were compared with the host organism in order to understand the mechanisms allowing the adaptation of the coral holobiont Pocillopora in the Pacific Ocean.Finally, a comparative study of the photosynthetic micro-algae present in the host, with those present in the surrounding water was done. The aim of this study is to understand how the micro-algae survives outside of its host, especially during coral bleaching events.This thesis made it possible, with original bioinformatic methods, to better understand the diversity and adaptation of coral symbiotic micro-algae in situ and at ocean scale.