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Panorama

Physiologie intégrative et adaptation des organismes marins : du gène à la population

Les zones côtières marines sont particulièrement exposées à l’impact croissant des activités humaines (urbanisation, pollution, eutrophisation). Elles subissent aussi les effets du changement global avec de nombreux épisodes au cours desquels plusieurs paramètres biotiques et abiotiques (i.e. température, oxygène, pH, salinité, courantologie, agents contaminants, conditions trophiques) varient subitement et fortement. Ces variations peuvent aboutir à des modifications des communautés phytoplanctoniques, à l’émergence de pathogènes et modification de la composition spécifique (espèces autochtones ou allochtones) des environnements côtiers.

Les organismes vivant dans ces zones côtières doivent s’adapter à ces environnements changeants pour maximiser leur fitness. La compréhension de l’assemblage durable d’espèces au sein de communautés, et leurs évolutions nécessitent une connaissance des interactions biotiques. La compréhension des réponses adaptatives individuelles en termes de traits d’histoire de vie (ou plus largement de traits biologiques quantitatifs) et l’intégration de leurs conséquences à l’échelle des populations est aussi nécessaire pour prétendre prédire l’évolution des interactions biotiques et l’émergence d’espèces nuisibles, face à un environnement changeant.

Le projet scientifique de l’équipe 1 s’inscrit dans ce contexte général. La démarche de l’équipe repose sur la maîtrise et l’intégration d’une large gamme d’approches méthodologiques appliquées à différents niveaux organisationnels (marques épigénétiques, expressions de gènes, fonctions des protéines, performances physiologiques et comportement) au travers d’études in situ, in vivo et in vitro.

Axe de Recherche 1: Structure et adaptation des populations

Animation : G. Charrier (UBO) & S. Roussel (UBO).

Objectif :
Face à aux changements environnementaux, les populations marines peuvent parfois s’adapter sous l’action des forces de sélection qui s’exercent au cours des générations. Néanmoins, le potentiel adaptatif des populations naturelles est conditionné par leur degré de variabilité génétique, qui résulte de leur histoire évolutive (figure 8). Ainsi, mieux connaître les processus historiques et contemporains ayant façonné la variabilité génétique des populations naturelles est nécessaire à la compréhension des processus régissant leur adaptation face aux pressions environnementales locales. De plus, les populations domestiques peuvent dans certains cas fortement impacter la diversité génétique des populations naturelles, et donc altérer leur potentiel adaptatif face aux changements environnementaux.
L’objectif de l’AR1 sera d’évaluer la structure génétique des populations (AR1.1), avant d’explorer l’adaptation locale des populations en milieu contrasté (AR1.2). De plus, les interactions entre populations domestiques et sauvages seront également étudiées afin d’estimer l’impact sur le potentiel évolutif et adaptatif des populations naturelles (AR1.3).

AR1.1 « Structure des populations marines »

AR1.2 « Adaptation locale »

AR1.3 « Interaction populations sauvages et populations d’élevage et domestication »

Axe de Recherche 2: Acclimatation et trajectoires de vie, plasticité phénotypique

Animation : D. Mazurais (Ifremer) & C. Corporeau (Ifremer)

Objectif:

Outre l’adaptation locale (cf. AR1), la plasticité phénotypique est une composante essentielle de la capacité des populations marines à répondre à de nouvelles contraintes environnementales. Nos travaux montrent que la plasticité phénotypique touche une très large gamme de traits de vie en lien avec le développement, la physiologie, la morphologie et le comportement des organismes. Nos travaux démontrent également que si la plasticité phénotypique est plus marquée au cours des premiers stades de vie (embryon et larve), elle s’ex prime encore largement aux stades ultérieurs (juvénile et adulte). Nous avons ainsi mis en évidence que l’effet de l’environnement sur l’architecture phénotypique des organismes marins est un déterminant important de leur trajectoire de vie.

Dans ce contexte, la compréhension des contraintes énergétiques et des compromis sous-jacents qui vont moduler les trajectoires de vie sont des éléments centraux de notre prospective car indispensable à l’appréhension des processus adaptatifs et évolutifs. Les objectifs de l’AR2 sont donc :

d’examiner la relation (et donc les compromis) entre les dimensions physiologiques et comportementales de la réponse des organismes marins aux contraintes du milieu
d’étudier l’impact de l’historique environnemental sur certains traits de vie ainsi que les mécanismes qui les sous-tendent (notamment épigénétiques).

AR2.1 « Comportement »

AR2.2 « Déterminants physiologiques (Nutrition, reproduction, métabolisme énergétique, croissance, fonction cardiaque) »

AR2.3 « Conditionnement précoce et épigénétique »

Axe de Recherche 3: Réponses aux phycotoxines, pollutions diffuses et contaminants émergents : approche écotoxicologique

Animation : A. Huvet (Ifremer) & J. Laroche (UBO).

Objectif :

Les substances toxiques d’origine « naturelle » ou issues des activités humaines constituent un large panel de contaminants générant des risques potentiels pour l’écosystème. Cet axe de recherche vise au développement d’approches écotoxicologiques en environnement marin, consistant à explorer le devenir et les effets de ces substances, particulièrement des polluants émergents (phycotoxines synthétisées par certaines micro-algues, micro- et nano-plastiques, résidus médicamenteux) et de la pollution diffuse (due à de multiples rejets anthropiques), sur les organismes et populations en zone côtière. Nous étudions les mécanismes de bioaccumulation, de dépuration et les perturbations biologiques engendrées au sein des organismes marins à chaque stade de développement (gamètes, embryons, larves, juvéniles, adultes, effet transgénérationnel) en réponse à des contaminants sous différents scénarii, toxicité aiguë, toxicité chronique, effet cocktail. Le LEMAR participe également à l’évaluation des niveaux de contamination sur les côtes françaises, pré-requis important pour estimer la probabilité d’exposition. La démarche écotoxicologique proposée ici s’inscrit pleinement dans le cadre d’un Réseau en Ecotoxicologie Aquatique en cours de montage au niveau national, piloté par l’IRSTEA-Lyon, et dans lequel le LEMAR est partenaire; et d’un Groupe de Recherche PHYCOTOX sur les algues toxiques et leurs toxines dont le LEMAR est co-porteur. Le réseau en écotoxicologie vise à identifier le potentiel de nouvelles approches « -omiques » dans une démarche intégrative pour acquérir une meilleure connaissance des impacts, à caractériser la vulnérabilité des organismes et des populations face au stress chimique, et enfin à mieux comprendre la sensibilité différentielle des espèces, source actuelle d’incertitude afin de consolider l’évaluation écotoxicologique des milieux naturels.

Le GdR PHYCOTOX présente quant à lui un axe impliquant l’impact des microalgues toxiques et nuisibles et de leurs toxines sur les organismes marins.

Enfin, le GDR Polymères et Océan créé en 2019 dont le LEMAR est au conseil scientifique, a pour but de fédérer l’interdisciplinarité des laboratoires français abordant la thématique des plastiques déchets dans l’environnement aquatique. Le LEMAR y est fortement impliqué dans l’axe Impacts et risques.

AR3.1 « Écotoxicologie et multi-stress »

AR3.2 « Interaction algues toxiques et bivalves marins »

AR3.3 « Microplastiques »

Axe de Recherche 4: Interactions Environnement-Hôtes-Pathogènes-Microbiota

Animation : F. Pernet (Ifremer) & C. Paillard (CNRS)

Objectif:

Au cours des dernières années, les activités humaines associées aux processus évolutifs et aux modifications climatiques ont exacerbé l’émergence et la sévérité de nombreuses maladies chez les mollusques marins. Des mortalités massives d’espèces d’intérêt économique ont été associées à des bactéries, du genre Vibrio et à des virus du type Herpès, d’un génotype particulier (OsHV-1 μvar). Cependant les mécanismes de défenses, et leurs bases moléculaires, permettant à certains individus de résister efficacement à leurs pathogènes ne sont pas élucidés. De même, les facteurs de virulence spécifiquement impliqués dans le développement des maladies ont été encore peu étudiés dans un cadre évolutif associé au changement climatique. Enfin, le rôle des paramètres environnementaux, incluant les pratiques d’élevage, sur la transmission des maladies en milieu marin est peu connu. L’observation de populations de mollusques présentant différents niveaux de susceptibilité à leurs pathogènes respectifs ainsi que le développement récent des informations génomiques chez les mollusques procurent les outils nécessaires à la caractérisation des mécanismes de résistance spécifiques à chaque espèce de mollusques. De plus, les avancées en écologie microbienne, grâce aux techniques de séquençage haut débit nous amènent à prendre aussi en compte l’ensemble de la communauté des microorganismes constituant le microbiote, en étroite relation avec le tryptique environnement-hôte-pathogène. Cette AR 4 aura pour objectif de mieux comprendre les mécanismes régissant le développement des maladies des mollusques (vibrioses et viroses) à différentes échelles spatiales et temporelles et à différents niveaux d’organisation, modulés par les facteurs environnementaux. Les recherches de cet AR4 seront axées sur :

la réponse physiologique de l’hôte et en particulier la réponse immunitaire;
les facteurs de virulence des agents pathogènes;
les interactions environnement-hôte-pathogène-microbiote.

AR4.1 « Réponse physiologique de l’hôte »

AR4.2 « Facteurs de virulence des pathogènes »

AR4.3 Le système Hôte-pathogène–microbiote et sa modulation

Axe de Recherche 5: Écologie chimique des organismes marins

Animation : Valérie Stiger (UBO) & Sylvain Petek (IRD).

Objectif :

L’Écologie chimique est un domaine de recherche pluridisciplinaire, qui met en jeu une diversité d’approches scientifiques et techniques. L’Écologie chimique consiste en l’étude des interactions entre organismes, et avec leur environnement, médiées par des molécules dans toute leur diversité et complexité.

Dans les environnements tempérés, tropicaux et polaires, les organismes marins présentent des adaptations physiologiques aux contraintes biotiques et abiotiques, en produisant des métabolites primaires et/ou secondaires originaux, ou en sélectionnant un microbiote de surface spécifique et producteur de métabolites de défenses ; ces adaptations jouant ainsi un rôle très important dans la structuration des communautés.

L’axe de recherche écologie chimique étudie les interactions entre espèces, mais également l’influence des variations environnementales sur ces interactions et sur les organismes peuplant ces écosystèmes. De plus, suite à l’isolement de molécules de défense, cet AR permet également d’envisager des applications biotechnologiques (lien avec AR6). En effet, les molécules de communication ou de protection, isolées dans cet AR5 peuvent être proposées comme actifs marins et être valorisées dans divers secteurs industriels.

Cet AR5 est structuré en 5 sous-axes permettant de balayer toutes les thématiques de l’équipe liées à l’écologie chimique. Différents modèles sont étudiés: microalgues, macroalgues, éponges, alcyonaires ainsi que leurs microflores associées.

AR5.1 « Adaptation chimique face aux facteurs abiotiques : photoprotection, osmorégulation, thermorégulation »

AR5.2 « Adaptation chimique face aux facteurs biotiques : Broutage et allélopathie »

AR5.3 « Quorum sensing »

AR5.4 « Mécanismes d’adhésion- activation, inhibition »

Axe de Recherche 6: Valorisation biotechnologique des produits de la mer (aquaculture, alimentation, san¬té, cosmétique)

Animation : C. Hellio (UBO) & P. Soudant (CNRS).

Objectif :

La valorisation des organismes marins représente aujourd’hui un enjeu sociétal majeur pour la production de nouvelles ressources alimentaires (i.e. combler le déficit mondial croissant en protéines et en lipides oméga 3) mais aussi pour apporter de nouvelles molécules dans les domaines de la santé humaine, animale et végétale ainsi que dans le domaine des biomatériaux.

Cet AR6 s’inscrit dans un continuum entre la recherche fondamentale développée dans les autres ARs et la recherche appliquée. Elle s’appuiera non seulement sur les expertises disciplinaires (écologie, biochimie, biologie moléculaire, et microbiologie) des membres de l’équipe 1 mais aussi sur la diversité des modèles biologiques étudiés (bactéries, micro-algues, macro-algues, halophytes, mollusques, poissons) et leurs co-produits.

Cet AR s’appuiera également sur les deux plateformes technologiques BIODIMAR® et LIPIDOCEAN du LEMAR qui sont à la pointe des méthodes de criblages, d’analyses fines et de purification.

En aval, elle consolidera les liens forts, établis au cours du précédent quinquennal avec des acteurs économiques du grand Ouest.

AR 6.1 Approches biomimétiques

AR 6.2 Applications biotechnologiques de l’écologie chimique

AR 6.3 Développement de stratégies anti-biofilm et antifouling

AR 6.4 Valorisation des lipides marins