Effets chimiques et microbiens des macroalgues sur les holobiontes et écosystèmes coralliens

Chemical and microbial effects of macroalgae on coral holobionts and reef ecosystems

• Auteur / Autrice : Chloé Pozas-Schacre
• Direction : Maggy Nugues
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Connaissance et gestion des milieux coralliens littoraux et océaniques
• Date : Soutenance le 12/04/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'École pratique des hautes études (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École pratique des hautes études (Paris ; 1868-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches insulaires et observatoire de l’environnement (Moorea, Polynésie française ; Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Valériano Parravicini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maggy Nugues, Valériano Parravicini, Maren Ziegler, Andi Haas, Miriam Reverter, Valérie Stiger-Pouvreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maren Ziegler, Andi Haas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récifs coralliens

Algues marines

Coraux

Microflore

Métabolomique

Holobionte

Mots clés libres

Interaction corail-Algue

Recrutement corallien

Microbiome

Macroalgae

Coral-Algae interaction

Holobionte

Coral recruitment

Microbiome

Metabolomics

Macroalgae

Résumé

On coral reefs, the cumulative impact of human-driven stressors has resulted in a replacement of the dominant benthic members where phase-shifts from coral to macroalgal dominance prevail. The persistence of macroalgae is favored by an intense competition against corals, limiting the recovery of coral communities. Upon contact, macroalgae can vector allelochemicals and microbes causing necrosis and coral mortality, yet their diffusion and impacts beyond the space that algae physically occupy remain unclear. This thesis aimed to address two major questions: how macroalgae modify chemical and microbial waterscapes, and how they impact coral holobiont health and recruitment. By manipulating the presence/absence of macroalgae, this thesis revealed a fine-scale spatial structuring of microbes and metabolites according to macroalgal abundance and boundary layers (i.e., benthic and momentum). Algal-associated waters were enriched with opportunistic bacteria, potentially pathogenic, and toxic molecules (i.e., diterpenes). This research demonstrated that exposure to macroalgae alter the microbiome of coral larvae (Pocillopora acuta) and negatively impact larval and recruit survival through interacting parental and environmental effects. The relative influence of contact vs. water-mediated (i.e., 2 cm) effects on coral microbiome and metabolome was specifically tested using the allelopathic alga Dictyota bartayresiana. Each type of interaction distinctly disturbed the coral microbiome and metabolome, suggesting an adjustment in lipid metabolim to meet the energetic cost of competition and the production of defense metabolites. By combining metabarcoding and non-targeted metabolomics, this thesis has described the identity and distribution of microbes and metabolites associated with coral-algae competition, providing a better understanding of the consequences of phase shifts on the resilience of coral reefs.

L'accumulation des pertubations environnementales a profondément altéré les communautés benthiques des récifs coralliens, où les macroalgues remplacent souvent les coraux. Ces changements de phase sont favorisés par une compétition intense des algues, limitant la récupération des communautés coralliennes. Si, lors de contacts directs, les molécules allopathiques et les microbes des algues peuvent provoquer la mortalité des coraux, leurs diffusions et leurs impacts au-delà de l'espace physique occupé par les algues demeurent encore largement méconnus. Cette thèse a eu pour objectif de répondre à deux questions majeures : comment les macroalgues modifient les paysages chimiques et microbiens et en quoi ces modifications altèrent la santé de l'holobionte corallien et son recrutement ? En manipulant la présence/absence de macroalgues, cette thèse a permis de mettre en évidence une structuration spatiale à fine échelle des microbes et métabolites selon l'abondance de macroalgues et les couches de diffusion (i.e., couches benthique et momentum). Les eaux autour des algues étaient enrichies en bactéries opportunistes, potentiellement pathogènes, et molécules toxiques (i.e., diterpènes). Ces recherches ont ensuite montré que l'exposition aux macroalgues pouvait altérer le microbiome des larves coralliennes (Pocillopora acuta) et impacter négativement la survie des larves et recrues, au travers d'effets parentaux et environnementaux. L'influence relative des effets par contact vs. médiés par l'eau (i.e., 2 cm) sur l'holobiont corallien a été testée en utilisant l'algue allélopathique Dictyota bartayresiana. Chaque type d'interaction a perturbé distinctement le microbiome et métabolome corallien suggérant un ajustement du métabolisme lipidique pour répondre au coût énergétique de la compétition et à la production de métabolites de défense. En combinant métabarcoding et métabolomique non ciblée, ce travail de thèse a permis de décrire l'identité et la distribution des microbes et métabolites associés à la compétition corail-algues afin de mieux comprendre la conséquence des changements de phase sur la résilience des récifs coralliens.