Diversité parasitaire marine: étude des systèmes coques/trématodes et de leur phénologie par une approche de type ADN environnemental

Marine parasite diversity: study of cockles/trematodes systems and their phenology using an environmental DNA-type approach

• Auteur / Autrice : Leslie Stout
• Direction : Xavier De montaudouin, Aurélie Chambouvet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biogéochimie et écosystèmes
• Date : Inscription en doctorat le 20/09/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ECOBIOC - ÉCOlogie et BIOgéochimie des systèmes Côtiers

Mots clés

Mots clés libres

Taxonomie

Diagnostic moléculaire

Ecologie marine

Expérimentation

Parasitisme

Molecular diagnosis

Experiment

Taxonomy

Parasitism

Marine ecology

Résumé

L'évaluation de la diversité fait souvent l'impasse sur celle des parasites qui apparaît donc comme une diversité cryptique (Lima-Mendez et al. 2015). Pourtant, en ne considérant que les organismes eucaryotes, 40% des espèces sur Terre serait des parasites (Dobson et al. 2008). Au-delà du caractère « diversité », c'est tout un pan fonctionnel qui est souvent négligé, les parasites affectant les individus, les populations, voire le fonctionnement global des écosystèmes (Marcogliese 2002, Thieltges et al. 2013). L'un des verrous essentiels est la difficulté de repérer et encore plus d'identifier les parasites qui sont par nature discrets et petits (Combes 1995, McCallum and Dobson 1995, Poulin and Mouillot 2005)! Les premiers progrès significatifs ont été réalisés grâce à l'histologie pour les microparasites et grâce à la microscopie électronique à balayage pour les macroparasites. Mais l'avènement et la mise à disposition dans des conditions plus automatisées et moins onéreuses des méthodes de barcoding, métabarcoding, séquençage environnemental (eDNA)… ont apporté une valeur ajoutée à l'identification des parasites et ont permis de commencer à pouvoir réaliser des expertises plus fiables en situation de monitoring. En particulier, l'approche « eDNA » permet de localiser et d'identifier les espèces cryptiques en utilisant des amorces spécifiques dans différentes matrices (sédiment, eau, tissus de l'hôte…), ce qui est particulièrement profitable à un large éventail de disciplines scientifiques, incluant l'écologie parasitaire et la zooépidémiologie. En effet, les parasites ne sont finalement que des espèces présentes dans un écosystème appelé « hôte » qui est composé d'habitats appelés « tissus et/ou organe ». Ce sujet de thèse a donc pour ambition de développer un outil performant consistant à identifier la présence d'infrapeuplements de parasites (=peuplement à l'échelle de l'individu hôte) et d'éprouver cet outil à travers des études in vitro ou de suivis terrain. Ce sujet prendra comme modèle hôte la coque, Cerastoderma edule, un bivalve commun du littoral nord-est atlantique, reconnu comme une espèce ingénieure à la base de nombreux services écosystémiques (Carss et al. 2020). Les modèles parasites appartiendront au clade des trématodes, particulièrement diversifiés dans la coque, avec près de 15 espèces connues (de Montaudouin et al. 2009). Dans le cycle typique des trématodes les parasites adultes se reproduisent sexuellement dans l'hôte définitif (un vertébré). Les œufs sont expulsés dans le milieu, se développent en larve miracidium avant de pénétrer dans le 1er hôte intermédiaire (mollusque) pour se multiplier de manière asexuée et produire des cercaires qui seront émises dans le milieu pour pénétrer dans le 2nd hôte intermédiaire. En état de latence, ces nouvelles métacercaires attendront que le 2nd hôte soit prédaté par l'hôte définitif (un vertébré, e.g. un oiseau) pour compléter leur cycle de vie. La coque se situe dans le cycle des trématodes comme premier ou second hôte intermédiaire, selon les espèces. L'organisation du projet de thèse serait la suivante : I. Obtention d'amorces spécifiques ciblant des régions hypervariables du génome. Cela permettra d'établir une carte moderne de la distribution des parasites de coque en Europe (base de données partiellement disponible mais non exploitée à ce jour). II. Comme nous savons expérimentalement infester les coques par les cercaires de certaines espèces de trématodes (Wegeberg et al. 1999, de Montaudouin et al. 2005), l'objectif sera de voir si on retrouve la signature moléculaire des différents clusters identifiés précédemment dans les différents tissus d'une coque que nous aurons infestée « monospécifiquement », en jouant aussi par exemple sur la densité de cercaires parasites. La faisabilité quant à quantifier l'abondance des parasites (Itoiz et al. 2021), ou passer en ddPCR, sera estimée. III. Grâce à la méthodologie précédemment établie, la diversité des trématodes dans les tissus des coques basée sur l'analyse moléculaire sera comparée avec la diversité évaluée sous loupe binoculaire. IV. Enfin, la signature génétique de ces différents clusters correspondant à leur phase libre sera recherchée dans différents substrats que ce soit dans la colonne d'eau, l'eau présente en sub-surface (et le sédiment ?). V. Enfin, la possibilité d'utiliser nos outils sur des fientes d'oiseaux (=hôte définitif) pourra être tentée. Ce sujet s'adresse à un biologiste/écologue souhaitant embrasser un spectre large de disciplines et de méthode. Il combinera travail en laboratoire de biologie moléculaire, en expérimentation (infestations) et sur le terrain (récolte des échantillons).

Diversity assessment often forget parasites which appear as cryptic diversity (Lima-Mendez et al. 2015). Yet, 40% of eukaryote species on Earth would be parasites (Dobson et al. 2008). Beyond species diversity, this means that a whole facet of functional ecology is missing because parasites play a key role from host individual fitness, population dynamics to ecosystems functioning (Marcogliese 2002, Thieltges et al. 2013). A major hurdle to this knowledge is the difficulty to localize and even more to identify parasites which are often small and discrete (Combes 1995, McCallum and Dobson 1995, Poulin and Mouillot 2005)! The first significant advances were due to histology for microparasites, and to scanning electron microscopy for macroparasites. In recent years, the more automatized and less expensive conditions of barcoding, metabarcoding, environmental sequencing (eDNA)... have become an added value to parasite identification and have allowed more reliable expertises from monitoring studies. Especially, eDNA approach allows to localize and identify cryptic species using group-specific primers from different type of matrices (e.g. sediment, water, host tissues), which is particularly valuable for a wide range of scientific fields including parasitic ecology and zooepidemiology. Indeed, parasites are just species in an ecosystem named “host”, which itself contains habitats called tissues. This PhD project aims to develop a powerful tool to describe infracommunities of parasites (i.e. communities at the scale of the host individual scale) and to test this tool from in vitro infestation to in situ monitoring studies. The biological model will be the edible cockle Cerastoderma edule, a common bivalve along the North-Eastern Atlantic coasts, described as an engineer species providing several ecosystem services (Carss et al. 2020). Targeted parasites will be trematodes which are particularly diversified in the cockles with ca. 15 species (de Montaudouin et al. 2009). In their typical cycle, adult parasites sexually reproduce in the final host (a vertebrate). Eggs are released into the environment and transform into miracidium larvae before infecting the first intermediate host (a mollusc) where they asexually multiply to form cercariae larvae which are shed in the environment. Then, they will infect the 2nd intermediate host and transform in a latent stage, the metacercariae. The cycle is completed when this host is predated by the final host, the vertebrate (e.g. birds). The edible cockle can be 1st or 2nd intermediate host, according to trematode species. The 3-years PhD working plan is detailed in the French part: I. European phylogeography of parasitic trematode based on published NCBI sequence database and design of group-specific primers . II. In vitro infestation and test of molecular protocols III. In situ monitoring of trematode diversity IV. Detection of parasitic genetic signature into wide range of matrices including water and sediment V. Host-parasite phenology by investigation trematodes in bird faeces?