Integrative approach of the response of marine organisms to climate change : heat- and hypoxia- stresses in the great scallop Pecten maximus
Approche intégrative de la réponse d'un organisme marin face au changement climatique : la coquille Saint-Jacques Pecten maximus et les stress thermique et hypoxique
Résumé
Coasts are among the most vulnerable ecosystems to the ongoing global changes, which result in increased water temperatures and frequencies of hypoxic episodes. The great scallop, Pecten maximus, is a subtidal species living at depths of 2-210 m. In spite of its commercial and major ecological values, only few studies at the molecular level were performed on this species. This thesis aimed at characterizing the molecular mechanisms implied in acclimation of this species to thermal and hypoxia stresses. We first characterized the changes of expression of the genes / proteins in response to a long-term thermal stress (56 days), by using both a transcriptomic- (RNAseq) and a proteomic- (2-DE based) approaches, in the mantle tissue of scallops. This allowed us to identify key regulatory pathways (eg., AP-1), the major functions (eg., cytoskeleton) and processes (eg., apoptosis) involved in the response, but also to observe the main orientations of metabolism (eg., degradation of lipid reserves). The response of organisms to hypoxia depends on how they cope with low oxygen availability. Therefore, we first carried out a comparative approach with an intertidal species, the mussel (Mytilus spp.) to characterize the physiological response of P. maximus to hypoxia. Of note, we could determine its oxyregulatory parameters, particularly its critical point in 02 (Pc02). Then, coupling the effects of temperature and of hypoxia, we developed a proteomic approach that allowed us to identify several proteins (CK2, GLN, etc.) potentially involved in the response at the molecular level. Finally, in an effort to better understand the particular physiology of these mollusks in their natural environment, we compared the proteomic signatures of two populations of P. maximus living in highly contrasted ecosystems, ie in the northern limit- (Norway) and the center- (Brest) of the biogeographical distribution of this species. The results suggest major differences between the two populations, especially at the cytoskeleton level. In all, this work opens new avenues for understanding the molecular mechanisms governing the adaptation of mollusks to heat and hypoxia, two stresses that will most probably greatly influence the lifestyle of marine organisms and populations in future years.
Les écosystèmes côtiers sont parmi les plus vulnérables aux changements globaux actuels, qui entraînent notamment une augmentation de la température de l'eau, ainsi que de la fréquence des épisodes hypoxiques. La coquille Saint-Jacques, Pecten maximus, est une espèce subtidale évoluant à des profondeurs de 2 à 210 m. Malgré son intérêt commercial et un intérêt écologique majeur, cette espèce n'a fait l'objet que de peu d'études au niveau moléculaire. L'objectif de cette thèse était de caractériser les mécanismes moléculaires régissant l'acclimatation de cette espèce aux contraintes thermique et hypoxique. Nous avons dans un premier temps caractérisé les modifications d'expression des gènes/protéines, par des approches transcriptomiques (RNAseq) et protéomiques (2-DE), dans un tissu, le manteau, d'animaux exposés à une contrainte thermique prolongée (56 jours). Nous avons ainsi pu identifier les voies majeures de régulation (eg., AP-1), les grandes fonctions (eg., cytosquelette) et processus (eg., apoptose) impliqués dans la réponse, mais également d'observer les grandes orientations du métabolisme (eg., dégradation des lipides de réserve). La réponse des organismes à l'hypoxie dépend de leur manière de gérer les faibles teneurs en oxygène. Nous avons d'abord, par une approche comparative avec une espèce intertidale, la moule (Mytilus spp.), caractérisée la réponse physiologique de la coquille Saint-Jacques à l'hypoxie. Nous avons pu ainsi déterminer ses paramètres d'oxyregulation, plus particulièrement son Point critique en 02 (Pc02). Le développement d'une approche protéomique, couplant l'effet de la température et de l'hypoxie, nous a ensuite permis d'identifier plusieurs protéines (CK2, GLN, etc.) potentiellement impliquées dans la réponse au niveau moléculaire. Enfin, dans l'optique de mieux comprendre la physiologie particulière de ces mollusques dans leur environnement naturel, nous avons comparé les signatures protéomiques de deux populations de P. maximus évoluant dans des écosystèmes contrastés, i.e. en limite nord- (Norvège) et au centre- (Brest) de l'aire de répartition de l'espèce. Les résultats suggèrent des différences majeures entre les deux populations au niveau du cytosquelette. En conclusion, ce travail ouvre des perspectives nouvelles pour la compréhension des mécanismes moléculaires régissant l'adaptation des mollusques aux contraintes thermiques et hypoxiques, deux stress particulièrement importants pour les organismes marins dans le contexte du changement global.
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