Coral bleaching under thermal stress: putative involvement of

host/symbiont recognition mechanisms

A. AIGLE, M. BARTOLOME et C. RIBEREAU

M1 BEM, UE 227 FLUC

D’après Jeremie Vidal-Dupiol et al., 2009

Pocillopora damicornis

Récifs coralliens : Biodiversité et complexité écologique

Haute production primaire

Valeur écologique et économique considérable

blog-ecologie.fr

IntroductionMatériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

3 dernières décennies : augmentation de la fréquence et de l’amplitude de ces perturbations : naturelles + anthropiques Réchauffement climatique

Blanchiment des coraux Forte mortalité

Ex: 1998, mort de 16% des coraux du mondemaxisciences.com

IntroductionMatériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

Cause = stress environnementaux : augmentation anormale des

températures + forte irradiance solaire.

Origine physiologique :

Rupture de la symbiose mutualiste phototrophe entre l’hôte

(scléractiniaire) et l’endosymbionte (dinoflagellé)

Au niveau moléculaire : 1er effet = photoinhibition surproductionde ROS (toxiques) perte du symbionte par :

- nécrose et apoptose

- digestion in situ du symbionte par l’hôte

- exocytose / « pincement »

- détachement de la cellule hôte

Nombreuses études pour tenter de comprendre les mécanismes moléculaires de réponse au stress.

IntroductionMatériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionDiscussion Conclusion

Objectif :

Identifier les gènes intervenant dans les 1ères

étapes du stress thermique (avant le blanchiment)

à l’origine de l’arrêt de la symbiose

biomarqueurs de la « santé » des coraux.

Photo d’un groupe de nubbins (expérience de thermotolérance). Schéma du protocole de stress thermique.

Matériel biologique utilisé et protocole de stress thermique

Espèce étudiée : Pocillopora damicornis.

Carte de l’Indonésie et localisation du site de prélèvement.

- 46 nubbins répartis en deux groupes (stressé et contrôle) + acclimatation à 28°C. 

Mise en place du protocole de stress thermique déclenchant in situ un blanchiment de masse. 

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion Conclusion

Lombok

EXPERIENCES REALISEES ET BUTS :

(1) Expérience de suivi du blanchiment : Déterminer à quel moment s’effectue la rupture de symbiose.

(2) Hybridation soustractive suppressive : Construction de banques d’ADNc induisant / réprimant le blanchiment.

(3) Séquençage EST + analyses BLASTX et BLASTN : Sélection et caractérisation des gènes d’intérêt.

(4) Q-RT-PCR : Déterminer, à différents stades du stress thermique, la quantité de transcrits pour

les gènes d’intérêt.

(5) RACE-PCR (rapid amplification of cDNA ends) : Caractériser l’ORF (extrémité 3’ et 5’ des ADNc) des ADNc candidats dans le but

de construire les amorces spécifiques des gènes correspondants.

(6) PCR croisées sur l’holobionte (hôte + symbionte) et deux espèces de Symbiodinium en culture pure :

Déterminer quel organisme (hôte ou symbionte) exprime les gènes candidats.

(7) Expériences d’immunolocalisation : Déterminer la zone d’expression, chez Pocillopora damicornis, des gènes

candidats.

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

Suivi du blanchiment :

Stressé Contrôle

15 j : début du blanchiment pas de blanchiment

18j : blanchiment total

Densité de Symbiodinium spp pendant une période de stress.

Lot stressé

Lot contrôle

Diminution de 79,9%

Arrêt de la symbiose

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

2 gènes spécifiques trouvés : appartiennent à la classe fonctionnelle cellule / cellule ou cellule / ligand.

Pdcyst-rich : similarité avec des protéines impliquées dans l’adhésion cellulaire.

Domaine fonctionnel connu (motif cystéine) Protéine fonctionnelle ?

similarités avec Nematostella vectensis

PdC-Lectin : domaine DC SIGN: lectines de type C Domaine fonctionnel connu (protéines extracellulaires des Métazoaires

(CTLD)) Protéine fonctionnelle ?

Similarités avec la protéine Millectine (Acropora millepora).

Reconnaissance et liaison avec des mannoses Ca² dépendantes ?⁺

Exclusivement chez le scléractiniaire

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Conclusion

Taux de transcription de PdC-Lectin et Pdcyst-rich en parallèle avec l’indicateur classique du blanchiment

Pdcyst-rich

PdC-Lectin

Densité de symbiontes

Diminution de la transcription

Suivi du taux d’expression

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Conclusion

Schéma général de l’anatomie de P. damicornis.

Immuno-marquage de PdC-Lectin au niveau des cellules endodermales du tissu oral des polypes.

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Conclusion

Schéma d’une coupe histologique au niveau des polypes de P. damicornis

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

Immuno-marquage de Pdcyst-rich dans les cellules calicoblatsiques

Schéma général de l’anatomie de P. damicornis.

Schéma d’une coupe histologique du coenosarc chez P. damicornis

Originalité de cette étude : conditions « naturelles » (amplitude etrapidité de l’augmentation des températures).

2 gènes isolés : Down regulation

• Pdcyst-rich Problème : domaine fonctionnel commun à un grand nombre de protéines différentes fonctions. Expression + stockage : ectoderme calicoblastique.

HYPOTHESE : Rôle possible dans les processus de minéralisation et de calcification ?

Concordance entre les effets du stress (arrêt de croissance et calcification) et la diminution de la transcription.

Étude récente chez Montastraea faveolata.

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion ConclusionDiscussion

• PdC-Lectin Alignement + analyse structurale valide la fonction de PdC-Lectin :

reconnaissance et liaison de mannose Ca² ⁺ dépendantes.

HYPOTHESE : Rôle dans l’acquisition et la séquestration du symbionte

Plusieurs travaux sur les lectines (Acropora millepora, Laxus oneistu, Fungia scutaria) tendent à valider cette hypothèse.

Zone d’expression : endoderme en contact avec les symbiontes + interface hôte / symbionte

Recrutement et acquisition par interaction avec les ligands mannose du symbionte ?

Introduction Matériels et Méthodes

Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion ConclusionDiscussion

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion Conclusion

Obtention d’un biomarqueur fonctionnel de stress

thermique : évaluer la santé des colonies.

Mise en évidence d’un nouveau mécanisme

hypothétique du blanchiment = diminution de la

séquestration et de l’acquisition des Symbiodinium.

Autre étude : blanchiment = réponse immunitaire innée de l’hôte contre les symbiontes (suite à la production de ROS) exocytose + apoptose.

Millectine : rôle dans la réponse immunitaire innée + séquestration des Symbiodinium (Kvennefors ECE et al., 2008).

CTLD invertébrés : première structure de la reconnaissance du non soi + défense humorale (Alex N. Zelensky and Jill E. Gready, 2005) + acquisition / séquestration des Symbiodinium (Jeremie Vidal-Dupiol et al., 2009).

Remarques :

Vocabulaire : ‘zooxanthelle’

Discussion PdC-Lectin : emballement ?

Rôle du symbionte ? Relation mutualiste

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion Conclusion

• J. Vidal-Dupiol, M. Adjeroud, E. Roger, L. Foure, D. Duval, Y. Mone, C. Ferrier-Pages, E. Tambutte, S. Tambutte, D. Zoccola, D. Allemand, G. Mitta, 4/08/2009, Coral bleaching under thermal stress: putative involvement of host/symbiont recognition mechanisms, BMC Physiology 9:14.

• Alex N Zelensky1 and Jill E Gready, Août 2004, C-type lectin-like domains in Fugu rubripes. BMC Genomics.

• Alex N. Zelensky and Jill E. Gread, Octobre 2005, The C-type lectin-like domain superfamil. FEBS Journal.

• Charneau Sébastien, Janvier 2005, Approches moléculaires des mécanismes mis en jeu en fin de schizogonie intraérythrocytaire de Plasmodium falciparum (agent du paludisme) par Hybridation soustractive suppressive et Puce à ADN (Matériel et méthodes).

• • E.C.E. Kvenneforsa, W. Leggata,c, O. Hoegh-Guldberga, B.M. Degnanb, A.C. Barnesa, 11/06/2008, An

ancient and variable mannose-binding lectin from the coral Acropora millepora binds both pathogens and symbionts, Developmental and Comparative Immunology (2008) 32, 1582–1592.

• Kvennefors, E. Charlotte E., Leggat, William, Kerr, Caroline C., Ainsworth, Tracy D., Hoegh-Guldberg, Ove, and Barnes, Andrew C. (2010) Analysis of evolutionarily conserved innate immune components in coral links immunity and symbiosis. Developmental and Comparative Immunology, 34 (11). pp. 1219-1229. ISSN 1879-0089.

• S. Bulgheresi, I. Schabussova, T. Chen, N.P. Mullin, R.M. Maizels, J. A. Ott, Avril 2006, A New C-Type Lectin Similar to the Human Immunoreceptor DC-SIGN mediates Symbiont Acquisition by a Marine Nematode, Envir. Microbiology p. 2950–2956 Vol. 72, No. 4.

• V.M. Weis, Cellular mechanisms of Cnidarian bleaching: stress causes the collapse of symbiosis, 6/08/2008, The Journal of Experimental Biology 211, 3059-3066.

• Vimal Julien, mai 2007, Physiopathologie des coraux.

Bibliographie

Schémas x : Schémas de présentation de la technique SSH (Supression Subtractive Hybridisation)

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

Schémas x (suite) : Schémas de présentation de la technique SSH (Supression Subtractive Hybridisation)

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion

(9) Seconde PCR suppressive : utilisation des amorces imbriquées Augmentation de la concentration en séquences différentielles (e). Diminution de l’enrichissement en séquences de base (b).

(10) Clonage des produits PCR et construction de quatre banques d’ADNcBIG : gène induisant le blanchiment (x2).BRG : gène réprimant le blanchiment (x2).

Schémas x (suite) : Schémas de présentation de la technique SSH, résultats de la première PCR suppressive.

Introduction Matériels et Méthodes

Résultats Discussion ConclusionConclusionDiscussion ConclusionRésultats Discussion Conclusion