Caractérisation de symbiotes bactériens colonisant les branchies de diverses espèces de crabes de Guadeloupe

Characterization of bacterial symbionts colonizing the gills of various crab species in Guadeloupe

• Auteur / Autrice : Naema Beziat
• Direction : Olivier Gros, Sébastien Duperron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Dynamique des environnements dans l'espace Caraïbes-Amériques (Pointe-à-Pitre ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de systématique, évolution, biodiversité (Paris ; 2009-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Gros, Sébastien Duperron, Philippe Compère, Audrey Caro, Isabel Marcelino, Magali Zbinden
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Compère, Audrey Caro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guadeloupe

métabolisme

Crabes

Mots clés libres

Ectosymbiose

Crustacé

Communauté bactérienne

Métabolomique

Antibiotique

Branchies

Ectosymbiosis

Crustaceans

Bacterial community

Antimicrobial compound

Metabolomic analysis

Gill lamellae

Résumé

Dans un monde où les symbioses sont répandues entre les organismes vivants, nous nous sommes intéressés au groupe des crustacés.En milieux côtiers, des crabes brachyoures d’eau douce, marins, semi-marins ou encore terrestres ont été décrits avec une association bactérienne localisée au niveau des branchies. Plusieurs familles de crabes sont concernées par cette association telles que les Dotillidae, Grapsidae, Ocypodidae, Portunidae, Sesarmidae et Varunidae.Au cours de cette thèse, des crabes brachyoures de divers biotopes en Guadeloupe ont été étudiés par des approches ultrastructurale, phylogénétique et métabolomique.Nous avons réalisé les analyses ultrastructurales sur 14 espèces de crabes marins, semi-marins, et terrestres appartenant aux familles des Sesarmidae, Ocypodidae, Gecarnidae, Portunidae, Panopeidae, Grapsidae, Pinnotheridae, Percnidae et Inachoididae. Un minimum de 5 individus a été collecté pour chacune des 14 espèces. Parmi les espèces étudiées seules 3 ne présentaient pas de bactéries sur leurs branchies. Les communautés symbiotiques ont été identifiées par analyse métabarcoding de la région variable V4-V5 du gène codant pour l’ARNr 16S pour sept espèces différentes. Les Alphaproteobacteria et Bacteroidota étaient dominantes en règle générale chez les crabes étudiés. Bien que chaque espèce de crabe semble être associé à une population bactérienne spécifique, des similitudes sont observées entre les ASV (Amplicon Variant Sequence) provenant de crabes appartenant à la même famille.Des analyses plus approfondies ont ensuite porté sur deux espèces de crabes de mangrove : Aratus pisonii (Sesarmidae) un crabe arboricole vivant sur les racines et branches de palétuvier rouge et Minuca rapax (Ocypodidae) un crabe vivant dans le sédiment de mangrove.La microscopie électronique à balayage a révélé des bactéries en forme de bâtonnets et cocci en surface des branchies alors qu’aucune bactérie intracellulaire n’a été observée par microscopie électronique à transmission dans les tissus branchiaux d’A. pisonii et de M. rapax.Le mode de transmission des symbiotes d’A. pisonii et de M. rapax a été déterminé par PCR à l’aide d’amorces bactériennes généralistes. Des résultats négatifs sur les échantillons de gamètes provenant des femelles grainées ainsi que sur les stades larvaires (zoés et mégalope) obtenus par culture en laboratoire ou récupérées in situ (filet à plancton) ont permis d’exclure la transmission verticale. Des analyses réalisées sur les échantillons de l’environnement (eau de terrier, épiderme de palétuviers) suggèrent que les juvéniles acquièrent une partie de leurs symbiotes à partir de l’eau de terrier. La transmission est donc environnementale pour les espèces A. pisonii et M. rapax.Les métabolites secondaires présents dans les branchies d’A. pisonii, M. rapax, Percnon gibbesi, et Ucides cordatus ont été caractérisés par GC×GC-TOFMS. La trigonelline, un antimicrobien isolé chez une plante a également été retrouvée chez toutes les espèces sauf U. cordatus. Malgré leur mode de vie différent (marin, semi-marin et terrestre), de la cycloserine (antibiotique d’origine microbienne) a été retrouvée chez les quatre espèces étudiées. La présence de ces molécules, qui pourraient être impliquées dans la régulation de l’interaction avec les bactéries, tend à confirmer le caractère symbiotique de l’association.En conclusion, l’interaction crabe/bactéries est répandue chez les crabes brachyoures de Guadeloupe au même titre que chez les crabes brachyoures d’Asie et/ou d’Afrique. Chaque espèce de crabe possède une communauté symbiotique qui lui est propre. Cependant le rôle des bactéries reste à élucider. L’analyse métabolomique a permis d’obtenir des pistes de recherches qui doivent être approfondies afin de caractériser de façon plus précise ces interactions non aléatoires et présentes dans plusieurs endroits au monde.

In a world where symbioses are widespread between living organisms, we are interested in the crustacean group.In coastal environments, brachyuran crabs from freshwater, marine, semi-marine or terrestrial environments have been described with a bacterial association localized at the gills. Several families of crabs are concerned by this association such as the Dotillidae, Grapsidae, Ocypodidae, Portunidae, Sesarmidae and Varunidae.During this thesis, brachyuran crabs from various biotopes in Guadeloupe were studied by ultrastructural, phylogenetic and metabolomic approaches.We performed ultrastructural analyses on 14 species of marine, semi-marine, and terrestrial crabs belonging to the families Sesarmidae, Ocypodidae, Gecarnidae, Portunidae, Panopeidae, Grapsidae, Pinnotheridae, Percnidae and Inachoididae. A minimum of 5 individuals were collected for each of the 14 species. Among the species studied, only 3 did not have bacteria on their gills. Symbiotic communities were identified by metabarcoding analysis for the V4-V5 variable region of the 16S rRNA coding gene for seven different species. Alphaproteobacteria and Bacteroidota were generally dominant in the crabs studied. Although each crab species seems to be associated with a specific bacterial population, similarities are observed between ASVs (Amplicon Variant Sequences) from crabs belonging to the same family. Further analysis was then conducted on two species of mangrove crabs: Aratus pisonii (Sesarmidae) an arboreal crab living on red mangrove roots and branches and Minuca rapax (Ocypodidae) a crab living in the mangrove sediment.Scanning electron microscopy revealed rod-shaped bacteria and cocci on the surface of the gills while no intracellular bacteria were observed by transmission electron microscopy in the gill tissues of A. pisonii and M. rapax. The mode of transmission of A. pisonii and M. rapax symbionts was determined by PCR using generalist bacterial primers. Negative results on gamete samples from grained females as well as on larval stages (zoea and megalopae) obtained by laboratory culture or recovered in situ (plankton net) excluded vertical transmission. Analyses of environmental samples (burrow water, mangrove epidermis) suggest that juveniles acquire some of their symbionts from burrow water. Transmission is therefore environmental for A. pisonii and M. rapax.Secondary metabolites present in the gills of A. pisonii, M. rapax, Percnon gibbesi, and Ucides cordatus were characterized by GC×GC-TOFMS. Trigonelline, an antimicrobial isolated from a plant was also found in all species except U. cordatus. Despite their different life style (marine, semi-marine and terrestrial), cycloserine (antibiotic of microbial origin) was found in all four species studied. The presence of these molecules, which could be involved in the regulation of the interaction with bacteria, tends to confirm the symbiotic character of the association.In conclusion, crab/bacteria interaction is widespread in Guadeloupean brachyuran crabs as well as in Asian and/or African brachyuran crabs. Each crab species has its own symbiotic community. However, the role of bacteria remains to be elucidated. Metabolomic analysis has provided avenues of research that need to be pursued in order to characterize more precisely these non-random interactions that are present in several places in the world.