Étude du cryptobiome récifal des Mascareignes : apports des mini-récifs artificiels (ARMS) couplés aux approches d'écologie moléculaire

Investigating the Mascarene reef cryptobiome using Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS) coupled with molecular ecology approaches

• Auteur / Autrice : Marion Couëdel
• Direction : Johann Henrich Bruggemann, Agnès Dettaï, Mireille Guillaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie marine
• Date : Soutenance le 27/06/2023
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie marine tropicale des océans Pacifique et Indien (Saint Denis, La Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Anne Chenuil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Erwan Delrieu-Trottin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Chenuil, Agnès Bouchez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodiversité marine

Écologie moléculaire

Métabarcoding

Indien, Océan (sud-ouest)

Écologie des récifs coralliens

Mots clés libres

Cryptobiome

Récifs coralliens

Metabarcoding

Écologie moléculaire

Sud-Ouest de l'océan Indien

Biodiversité

Cryptobiome

Coral reefs

Metabarcoding

Molecular ecology

Southwest Indian Ocean

Biodiversity

Résumé

Dans le contexte du changement global, la surveillance de la biodiversité est essentielle pour détecter les facteurs de perturbation et comprendre les réponses des communautés. Les récifs coralliens font partie des écosystèmes les plus riches et diversifiés de la planète, mais également des plus menacés. Pourtant, les organismes, souvent de petite taille, vivant cachés dans les anfractuosités du récif et constituant le cryptobiome, restent très peu étudiés alors qu'ils représentent la majeure partie de la diversité récifale et un maillon fondamental du réseau trophique. Si l'évaluation de la diversité est essentielle pour une gestion efficace des écosystèmes, les méthodes traditionnelles de taxonomie, basées sur la morphologie, sont peu adaptées au cryptobiome en étant chronophages, nécessitant des connaissances spécialisées et difficilement comparables entre sites. Ces petits taxons présentent des défis supplémentaires en étant plus difficiles à trouver et à identifier. Avec le métabarcoding d'ADN, les récents progrès des techniques de séquençage à haut-débit et de la bio-informatique offrent une alternative aux méthodes traditionnelles. Cette thèse portent sur la diversité et l'écologie du cryptobiome récifal des Mascareignes (La Réunion et Rodrigues), collecté à l'aide de structures d'échantillonnage standardisées, les ARMS, et étudié par l'approche métabarcoding. Dans un premier temps, un pipeline bio-informatique adapté aux analyses métabarcoding de métazoaires a été élaboré pour évaluer les communautés échantillonnées par les ARMS. Les interprétations écologiques découlant de l'approche par métabarcoding sont très dépendantes des références moléculaires disponibles. C'est pourquoi, dans un second temps, ces travaux se sont attachés à initier un référentiel moléculaire pour documenter le cryptobiome des Mascareignes, en produisant des séquences pour trois marqueurs moléculaires, le 18S, le COI et le 16S, ainsi que le mitogénome complet pour l'ensemble des téléostéens échantillonnés. Dans un troisième temps, ces travaux ont évalué la diversité du cryptobiome et sa cinétique de colonisation à travers les saisons chaude et fraîche à La Réunion. Les taxons retrouvés correspondent aux taxons du cryptobiome observé dans d'autres régions du monde et reflète la grande diversité taxonomique observée dans les récifs coralliens. Ces travaux sont les premiers mettre en évidence des différences significatives dans la composition des communautés en fonction de la durée d'immersion des ARMS, de la saison de déploiement et de récolte. Ces facteurs influencent en particulier les taxons sessiles tels que les ascidies, les cnidaires, les porifères et les rhodophytes. Dès lors, ces travaux démontrent la nécessité de considérer ces variations dans l'analyse des résultats et leurs comparaisons avec d'autres études, ainsi que leurs implications dans l'utilisation des ARMS en tant qu'outil de suivi. Dans un dernier temps, la méthode des ARMS couplée aux méthodes d'identification moléculaire pour évaluer la diversité et la distribution des espèces a été examinée. Un regard particulier a été porté sur les patrons de distribution des poissons cryptobenthiques du genre Cirripectes trouvés dans les Mascareignes. En effet, de récentes études ont découvert l'endémisme de certaines espèces du genre à des zones géographiques restreintes, malgré la distribution généralement large des espèces de blennies tropicales et subtropicales. Parmi les trois espèces collectées, deux ont montré une distribution Indo-Pacifique et la troisième un endémisme aux Mascareignes. Les travaux de cette thèse posent une base indispensable aux connaissances sur la diversité du cryptobiome récifal des Mascareignes. Ils apportent une meilleure compréhension des processus de colonisation des communautés cryptobenthiques et permettront d'améliorer l'utilisation des ARMS dans les récifs coralliens et l'emploi de méthodes de taxonomie moléculaire dans le Sud-Ouest de l'océan Indien.

In the context of global change, monitoring biodiversity is essential to detect stressors and understand community responses. Coral reefs are among the most diverse ecosystems on the planet, but also among the most threatened. However, the small organisms living in the crevices of the reef, the cryptobiome, remain largely unstudied even though they account for the major share of the diversity and an essential part of the food web. Accurate assessment of diversity is essential for effective ecosystem management. However, traditional taxonomic methods, often based on morphology, are poorly adapted to the cryptobiome as they are time consuming, require specialist knowledge and difficult to compare between sites. Moreover, small taxa present additional challenges by being more difficult to find and identify. Recent advances in high-throughput sequencing techniques and bioinformatics offer an alternative to traditional methods with DNA metabarcoding. This thesis focuses on the diversity of the Mascarene reef cryptobiome (Reunion and Rodrigues) sampled with standardised sampling structures, ARMS, and studied using a metabarcoding approach. Firstly, a bioinformatics pipeline adapted to metazoan metabarcoding analyses was to evaluate the reef communities found in ARMS. The ecological interpretations derived from the metabarcoding are dependent on the available molecular references. Secondly, this work aimed to augment a molecular reference database for the Mascarene cryptobiome with sequences for three molecular markers, 18S, COI and 16S, as well as the complete mitogenome for all teleosts sampled. Third, this work assessed the diversity of the cryptobiome and its colonisation patterns across the hot and cool seasons in Reunion. The season and the immersion time significantly affected the composition of the retrieved communities. Overall, the taxa retrieved were consistent with those observed in other regions of the world and reflected the great taxonomic diversity observed in coral reefs. This work is the first to show effect of ARMS immersion time, deployment and retrieval season on community composition. These factors influence particularly sessile taxa such as ascidians, cnidarians, sponges and rodophytes. This work demonstrates the need to consider these variations when analysing the results and comparing them with other studies, and has implications for the use of ARMS as a monitoring tool. Finally, the potential and limitations of the ARMS combined with molecular identification methods for assessing species diversity and distribution were investigated with the cryptobenthic teleost genus Cirripectes. Recent studies highlighted that some species of this genus are endemic to islands or archipelagos, despite the generally wide distribution of these tropical and subtropical blennies. Of the three species recovered in the Mascarenes, two showed and Indo-Pacific wide distribution while the third was endemic to the Mascarene Archipelago. This thesis furthers our knowledge of the diversity of the Mascarene reef cryptobiome. It provides a better understanding of the colonisation processes of cryptobenthic communities and will improve the use of ARMS for monitoring coral reefs and the use of molecular taxonomy methods in the South West Indian Ocean.