Adaptation des micro-algues symbiotiques du corail aux changements environnementaux dans l'océan pacifique

par Julie LÊ-Hoang

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Patrick Wincker et de Quentin Carradec.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Génomique Métabolique (laboratoire) , Laboratoire Chimie Organique et Biocatalyse (equipe de recherche) et de Université d'Évry-Val-d'Essonne (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Contexte scientifique: Alors qu'ils ne couvrent que 0,02% de la superficie des océans, les récifs coralliens rassemblent une très grande biodiversité et assurent la subsistance directe, en terme de nourriture, à près d'un milliard de personnes. Les récentes estimations indiquent qu'environ 20% des récifs ont définitivement disparu et que 25% sont en grand danger. Les récifs coralliens sont particulièrement affectés par les effets conjugués de l'augmentation de la démographie humaine et du réchauffement des océans [1]. Les micro-algues photosynthétiques du genre Symbiodinium sont essentielles à la survie des écosystèmes coralliens puisqu'elles vivent en symbiose avec le corail et que la rupture de cette symbiose (notamment lors d'une élévation brutale de la température) induit le blanchissement puis la mort du corail [2]. Il existe une grande diversité de Symbiodinium, environ 150 espèces, qui sont plus ou moins sensibles aux variations de température [3]. Il existe aujourd'hui un grand nombre de données génomiques et transcriptomiques qui décrivent ces micro-algues et leurs activités dans différentes conditions environnementales cependant, l'étude de ces mécanismes à l'échelle d'un océan reste un enjeu majeur pour la compréhension de l'évolution des récifs face à l'augmentation de la température [4, 5]. Dans ce contexte, l'expédition Tara Pacific (2016-2018) conduit un vaste plan d'échantillonnage sur 35 archipels qui va permettre d'étudier la biodiversité et l'activité de l'holobionte du corail à l'échelle de l'océan pacifique [6]. Plus spécifiquement, trois coraux abondants dans le pacifique sont échantillonnés sur chaque site (Millepora platyphylla, Porites lobata et Pocillopora meandrina) ainsi que l'eau environnante afin d'étudier l'influence du plancton sur la santé des récifs. La plateforme de séquençage du Genoscope travaille au sein du consortium pour le séquençage de l'ensemble de ces échantillons (ADN et ARN). Le Laboratoire d'Analyses Génomiques des Eucaryotes a en charge l'analyse des données transcriptomiques (corail et plancton), en collaboration avec le consortium. Objectif de la thèse : L'objectif de la thèse est d'étudier les capacités de Symbiodinium à s'adapter aux différentes conditions environnementales de l'océan pacifique et de comprendre quel est son influence sur la résistance des coraux au blanchissement. Pour répondre à ces questions l'étudiant aura à disposition les données transcriptomiques et génomiques de l'ensemble des échantillons collectés puis séquencés au cours de l'expédition Tara Pacific. Il travaillera en étroite collaboration avec les autres équipes du consortium afin de bénéficier de leurs compétences sur les mécanismes symbiotiques. La thèse comprendra deux parties principales. (1) Une analyse transcriptomique de Symbiodinium dans l'ensemble des échantillons de coraux qui permettra d'étudier le contenu en gène des Symbiodinium ainsi que les variations d'expression sur les différents sites de prélèvement plus ou moins affectés par le réchauffement climatique. (2) Une analyse des variants présents dans les génomes de Symbiodinium afin d'établir la structure de population de ces organismes et d'identifier les gènes sous pression de sélection. Les résultats obtenus seront mis en relation avec l'analyse des génomes et transcriptomes du corail qui sera mené en parallèle par Eric Armstrong, post-doc dans le laboratoire. Enfin, les paramètres physico-chimiques mesurés pendant l'expédition (température, pH, nitrates, phosphates,…) seront mis en corrélation avec les résultats pour comprendre comment Symbiodinium répond aux variations de ces paramètres et quelle est la conséquence sur les trois coraux étudiés. 1. Hoegh-Guldberg O, Mumby PJ, Hooten AJ, Steneck RS, Greenfield P, Gomez E, Harvell CD, Sale PF, Edwards AJ, Caldeira K et al: Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science 2007, 318(5857):1737-1742. 2. Suggett DJ, Warner ME, Leggat W: Symbiotic Dinoflagellate Functional Diversity Mediates Coral Survival under Ecological Crisis. Trends in ecology & evolution 2017. 3. Arif C, Daniels C, Bayer T, Banguera-Hinestroza E, Barbrook A, Howe CJ, LaJeunesse TC, Voolstra CR: Assessing Symbiodinium diversity in scleractinian corals via next-generation sequencing-based genotyping of the ITS2 rDNA region. Molecular ecology 2014, 23(17):4418-4433. 4. Aranda M, Li Y, Liew YJ, Baumgarten S, Simakov O, Wilson MC, Piel J, Ashoor H, Bougouffa S, Bajic VB et al: Genomes of coral dinoflagellate symbionts highlight evolutionary adaptations conducive to a symbiotic lifestyle. Scientific reports 2016, 6:39734. 5. Gonzalez-Pech RA, Ragan MA, Chan CX: Signatures of adaptation and symbiosis in genomes and transcriptomes of Symbiodinium. Scientific reports 2017, 7(1):15021. 6. https://oceans.taraexpeditions.org/m/qui-est-tara/les-expeditions/tara-pacific/

  • Titre traduit

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


  • Résumé

    Scientific context: Although covering only 0.02% of the surface of the oceans, coral reefs harbour a very large biodiversity and provide food to nearly a billion people. Recent estimates indicate that about 20% of coral reefs have definitely disappeared and 25% are in great danger. Coral reefs are particularly affected by the combined effects of human population growth and global warming [1]. Photosynthetic micro-algae of the genus Symbiodinium are essential for coral ecosystems survival since they live in symbiosis with coral and this symbiosis breakdown (especially in case of heat-shock) induces bleaching and then coral death [2]. There is a great diversity of Symbiodinium, about 150 species, which are more or less sensitive to temperature variations [3]. Today, there is a large amount of genomic and transcriptomic data describing these microalgae and their activities in different environmental conditions. However, the understanding of these mechanisms at ocean scale remains a major challenge for the analysis of reefs evolution facing global warming [4, 5]. In this context, the Tara Pacific expedition (2016-2018) organizes a vast sampling plan around 35 archipelagos across the Pacific which will make possible the analysis of coral holobionte diversity and activity at ocean scale [6]. More specifically, three abundant corals are sampled at each site (Millepora platyphylla, Porites lobata and Pocillopora meandrina) and also the surrounding water to study correlations between plankton diversity and reef health. The Genoscope sequencing platform works within the consortium for the sequencing of all samples (DNA and RNA). Genomic Analysis of Eukaryotes Laboratory (LAGE) is in charge of the analysis of transcriptomic data (coral and plankton), in collaboration with the consortium. Main objectives: The aim of the thesis is to study the capacity of Symbiodinium to adapt to the different environmental conditions of the Pacific Ocean and to understand how Symbiodinium influence the resistance of corals to bleaching. To answer these questions, the student will have transcriptomic and genomic data of all samples collected and sequenced during the Tara Pacific expedition. He will work closely with other teams in the consortium to benefit from their expertise on symbiotic mechanisms. The thesis will contain two main parts. (1) A transcriptomic analysis of Symbiodinium in each coral sample which will make it possible the analysis of gene content of different Symbiodinium as well as expression variations in different sampling sites more or less affected by global warming. (2) An analysis of the variants present in the Symbiodinium genomes in order to establish the population structure of these organisms and to identify genes under selective pressure. The results will be interpreted with the analysis of coral genomes and transcriptomes that will be conducted in the meantime by Eric Armstrong, post-doc in the laboratory. Finally, the physicochemical parameters measured during the expedition (temperature, pH, nitrates, phosphates, ...) will be correlated with transcriptomic results to understand how Symbiodinium responds to the variations of these parameters and what is the consequence on the three studied corals . 1. Hoegh-Guldberg O, Mumby PJ, Hooten AJ, Steneck RS, Greenfield P, Gomez E, Harvell CD, Sale PF, Edwards AJ, Caldeira K et al: Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science 2007, 318(5857):1737-1742. 2. Suggett DJ, Warner ME, Leggat W: Symbiotic Dinoflagellate Functional Diversity Mediates Coral Survival under Ecological Crisis. Trends in ecology & evolution 2017. 3. Arif C, Daniels C, Bayer T, Banguera-Hinestroza E, Barbrook A, Howe CJ, LaJeunesse TC, Voolstra CR: Assessing Symbiodinium diversity in scleractinian corals via next-generation sequencing-based genotyping of the ITS2 rDNA region. Molecular ecology 2014, 23(17):4418-4433. 4. Aranda M, Li Y, Liew YJ, Baumgarten S, Simakov O, Wilson MC, Piel J, Ashoor H, Bougouffa S, Bajic VB et al: Genomes of coral dinoflagellate symbionts highlight evolutionary adaptations conducive to a symbiotic lifestyle. Scientific reports 2016, 6:39734. 5. Gonzalez-Pech RA, Ragan MA, Chan CX: Signatures of adaptation and symbiosis in genomes and transcriptomes of Symbiodinium. Scientific reports 2017, 7(1):15021. 6. https://oceans.taraexpeditions.org/m/qui-est-tara/les-expeditions/tara-pacific/