Analyses transcriptomiques de l'acclimatation d'une macroalgue brune, Saccharina latissima, du gametophyte au sporophyte

Transcriptional bases of acclimation in the kelp, Saccharina latissima, from gametophytes to sporophytes

• Auteur / Autrice : Cátia Marina Machado Monteiro
• Direction : Jonas Collen, Kai Bischof
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie marine
• Date : Soutenance le 26/02/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec University of Bremen. Faculty 2 Biology-Chemistry. Marine botany (Brême, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie intégrative des modèles marins (Roscoff, Finistère ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Martin Diekmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Leblanc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annette Bruhn, Dagmar B. Stengel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie marine

Plantes -- Expression génique

Reproduction végétale

Métabolisme

Phéophycinées

Adaptation (biologie)

Changements climatiques -- Adaptation

Résistance au stress

Algues marines

Facteurs biotiques

Écophysiologie

Laminariacées

Mots clés libres

Algues brunes

Physiologie

Température

Salinité

Cycle de vie

Transcriptomique

Latitude

Reproduction

Brown macroalgae

Transcriptomics

Life cycle

Résumé

Les algues brunes, membres de l’ordre des Laminariales, sont des espèces-ingénieures dans la zone côtière des océans tempérés jusqu’à l’Arctique. Elles forment des forêts sous-marines qui supportent des communautés complexes en fournissant des habitats à plusieurs espèces, elles assurent une protection des côtes contre l’érosion et contribuent de manière significative à l'atténuation du changement climatique en agissant comme des puits de carbone. Cependant, ces forêts marines sont menacées par les impacts du changement climatique d'origine anthropique. Comment Saccharina latissima s’acclimate par des phénomènes de plasticité phénotypique ou est adaptée localement à ces facteurs environnementaux est une question encore non résolue. Cette étude est à l’origine de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires d'acclimatation et les réponses adaptatives d'une espèce clé, mais non modèle, pour laquelle les informations génomiques disponibles étaient encore limitées auparavant. Il est également devenu évident que les données transcriptomiques ne correspondent pas nécessairement aux observations au niveau physiologique, mais sont susceptibles de refléter, à un stade précoce, les contraintes émergentes en lien avec les fonctions cellulaires et la performance globale de l'individu. De plus, les différences de réponse aux facteurs environnementaux à travers différentes latitudes, étapes du cycle de vie et sexes soulignent la nécessité d'approches intégratives afin de faciliter les prédictions sur la performance et la résilience des espèces dans les systèmes naturels et aquacoles face aux changements environnementaux importants.

Braunalgen aus der Ordnung Laminariales sind wichtige Ökosystem-Ingenieure in gemäßigten bis arktischen Küstengewässern. Sie bilden Unterwasser-Wälder, welche komplexe Lebens-Gemeinschaften ausbilden, indem sie Lebensraum für mehrere Taxa bieten, sie dienen dem Küstenschutz und tragen durch ihre Funktion als Kohlenstoffsenke wesentlich zur Minderung und Anpassung an den Klimawandel bei. Diese Ökosysteme sind jedoch zunehmend durch die Auswirkungen des anthropogen bedingten Klimawandels bedroht. Der Zuckertang Saccharina latissima ist im Nordatlantik weit verbreitet. Entlang ihres Verteilungsgebietes ist die Alge einer großen Variabilität abiotischer Faktoren ausgesetzt, welche die individuelle Fitness und das Überleben der Art bestimmen. Inwieweit phänotypische Plastizität oder lokale Adaptation die Grundlage für den großen Toleranzbereich von S. latissima bildet, ist noch nicht geklärt. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen der abiotischen Faktoren Temperatur und Salzgehalt auf die Leistung der Sporophyten von S. latissima untersucht. Diese beiden Faktoren beeinflussen das Wachstum und das Überleben von S. latissima erheblich und werden sich laut der Szenarien des Klimawandels signifikant verändern. Allerdings unterscheiden sich die Auswirkungen von Umweltvariationen auf Sporophyten einer Algenart oft von den Reaktionen der frühen Entwicklungsstadien. So wurde die Toleranz der Gametophyten gegen Umweltstress bislang nur unzureichend untersucht, obwohl erwartet wird, dass diese die Populationsdynamik erheblich mitbestimmen. Daher ist ein besseres Verständnis der Anpassungsmechanismen, die in den verschiedenen Entwicklungsphasen von S. latissima stattfinden, notwendig, um auftretende Umweltbelastungen und zukünftige Verbreitungsgebiete vorherzusagen.

Kelps, algae of the order Laminariales, are important ecosystem engineers in temperate to Arctic coastal waters. They form marine forests that support complex communities by providing habitat for several taxa, they provide coastal defense and contribute significantly to climate change mitigation and adaptation by acting as carbon sink. However, these marine forests are threatened by impacts of anthropogenic-driven climate change. Hence, a better understanding of the acclimation mechanisms taking place in the sugar kelp Saccharina latissima across its life history stages is necessary to predict emerging environmental pressures, potential range shifts and, thus, future distributions. This study revealed novel insights into the molecular mechanisms of acclimation and adaptive responses of a keystone, but non-model species, for which only limited genomic information has been available previously. It also became evident that transcriptomic data do not necessarily match observations made on the physiological level, but are likely to reflect emerging constraints to cellular function and overall individual performance at an early stage. Furthermore, the differences in response towards environmental drivers across different latitudes, life history stages and sexes emphasize the need for integrative approaches in order to facilitate predictions on species performance in natural as well as aquaculture systems in the face of large-scale environmental change.