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Panorama

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

Contexte scientifique et enjeux

Les organismes constituant une partie des écosystèmes marins doivent faire face au changement global tant pour sa composante climatique que pour toutes ses autres composantes anthropiques (polluants, contaminants émergents). C’est particulièrement le cas en zones côtières et estuariennes qui hébergent la majorité des ressources halieutiques et aquacoles. Dans ce contexte, les facteurs environnementaux (température, oxygène, pH, salinité, courantologie, agents contaminants, conditions trophiques) sont susceptibles, seuls ou en interaction (multistress) de modifier le fonctionnement physiologique des organismes, leur fitness (valeur sélective), et de modifier l’équilibre des écosystèmes. Ces équilibres reposent notamment sur des réseaux d’interactions biotiques entre différentes espèces au sein de communautés (ex: interactions trophiques, interactions hôtes-microorganismes).

Afin de mieux comprendre et prédire les impacts des forçages environnementaux sur les organismes, il est important de mieux caractériser leur fonctionnement physiologique à l’échelle individuelle, communautaire et populationnelle, et de mieux appréhender leur capacité à procéder à des ajustements phénotypiques (physiologiques et/ou de leur comportement). Cette plasticité phénotypique joue un rôle clé dans les réponses adaptatives (adaptation/acclimatation) des individus à court et long termes.

La caractérisation des réponses phénotypiques individuelles en termes de traits d’histoire de vie (ou plus largement de traits biologiques quantitatifs), la définition de leur caractère adaptatif, non adaptatif ou neutre, ainsi que l’étude de la composante génétique des populations constituent des bases essentielles pour prédire, notamment à travers les approches de modélisation (lien avec l’équipe DISCOVERY et l’axe transverse “Couplage observation, expérimentation et modélisation”), l’impact des contraintes environnementales sur l’évolution des populations et sur les interactions biotiques au sein des écosystèmes.

L’équipe PANORAMA peut s’appuyer sur des compétences pluridisciplinaires en physiologie, génétique, biochimie, microbiologie, biologie cellulaire et moléculaire pour aborder par des approches intégratives ces thématiques de recherche. Les arrivées récentes dans l’équipe de biogéochimiste, microbiologistes, électrophysiologiste, physiologistes de la nutrition et du phytoplancton renforceront cette pluridisciplinarité. En plus des approches observatoires réalisées in situ, l’équipe bénéficie de structures permettant d’expérimenter sur les organismes (microorganismes, bivalves, gastéropodes, poissons) en milieu contrôlé à l’échelle individuelle (structures d’élevages) et maintenant à l’échelle cellulaire (mise en place d’une structure de cultures cellulaires commune à l’équipe).

Structuration et questionnements scientifiques identifiés

L’équipe est structurée en 6 axes de recherche chacun se focalisant sur des objectifs scientifiques spécifiques, mais tous tournés vers nos objets d’étude principaux:

Axe de Recherche 1: Plasticité phénotypique en réponse aux changements de conditions trophiques et physico-chimiques

Animation : Karine Salin (Ifremer) & Marie Vagner (CNRS).

Objectif :

Cet axe de recherche vise à déterminer les effets de changements environnementaux sur les organismes marins.

La plasticité phénotypique, active et passive, de ces organismes pourrait les aider à s’ajuster à leur nouvel environnement. Cette plasticité sera étudiée à plusieurs niveaux d’organisation biologique, de la molécule (marques épigénétiques sur séquence d’ADN, expression de transcrits, protéomique, métabolomique et lipidomique) au phénotype de l’organisme entier, physiologique et comportemental, incluant l’étude des régulations hormonales (endocriniennes), des changements de bioénergétiques mitochondriales et des ajustements des grandes fonctions physiologiques, telles que les systèmes immunitaire, digestif, cardiovasculaire et reproducteur.

Les changements environnementaux couverts dans cet AR sont les paramètres physico-chimiques de l’environnement (principalement température, pH/pCO2 et disponibilité en oxygène) et la disponibilité des ressources trophiques (quantité et qualité), qui seront étudiés de façon combinée ou isolée. Les modèles d’études seront principalement les microalgues, les mollusques et les poissons. La plasticité phénotypique sera étudiée à plusieurs échelles spatio-temporelles : entre les différents stades de vie d’un individu (variabilité interindividuelle et norme de réaction), entre les populations et enfin entre les générations.

AR1.1 « Hypoxie, réchauffement, acidification »

AR1.2 « Conditions trophiques »

Axe de Recherche 2: Plasticité phénotypique en réponse aux contaminants d’origine anthropique et aux microalgues toxiques : approche écotoxicologique

Animation : Carole Di Poï (Ifremer) & Ika Paul-Pont (CNRS)

Objectif:

Les écosystèmes marins côtiers sont soumis à des pressions environnementales considérables du fait de leur exposition à de multiples contaminants chimiques et biologiques (par ex. pesticides, produits phytosanitaires et pharmaceutiques, débris plastiques, phycotoxines), ainsi qu’aux modifications de l’environnement liées à l’augmentation de la démographie et au changement climatique (augmentation de la température, acidification, etc.). Soutenue par une demande sociétale forte, l’écotoxicologie sera appréhendée dans un contexte de changement global qui est une priorité de recherche à laquelle sont associés d’importants enjeux réglementaires (Directive REACH, DCE, DCSMM, Grenelle de l’Environnement, COP, etc.).

Nous proposons d’étudier les effets d’exposition chronique à des contaminants présents à faible dose dans l’environnement marin sur la plasticité phénotypique et l’adaptabilité des organismes marins (phytoplancton, mollusques, poissons), dans des conditions expérimentales réalistes qui intègrent le plus possible la complexité du milieu (suivi de populations naturelles, caging in situ ou exposomes en milieu contrôlé). Les effets d’une grande variété de contaminants seront évalués suite à des expositions mono- ou multi-stress : micro- et nanoplastiques, polluants émergents et perturbateurs endocriniens tels que les résidus pharmaceutiques et polluants organiques persistants, micro-algues toxiques, effets cocktails et interactions avec d’autres facteurs abiotiques.

Axe de Recherche 3: Dynamique et évolution des relations hôtes-micro-organismes

Animation : Christine Paillard (CNRS) &

Objectif :

Dans cet AR, nous étudierons plusieurs modèles hôtes (mollusques, poissons, protistes, micro/macroalgues, …). Nous caractériserons les microorganismes et leur fonctionnement dans l’environnement et au sein des hôtes (microbiome, pathobiome) afin d’identifier leur rôle dans les réponses physiologiques et l’état de santé des hôtes. Nous analyserons les interactions complexes hôte/micro-organismes en lien étroit avec les changements environnementaux (réchauffement climatique, modification de la biodiversité environnante…). Ces études associeront des approches moléculaires, cellulaires, fonctionnelles (pharmacologiques, RNAinterférent), écophysiologiques et génomiques.

AR3.1 « Diversité des communautés »

AR3.2 « Virulence des micro-organismes »

AR3.3 « Santé et réponses physiologiques »

Axe de Recherche 4: Écologie chimique des organismes marins

Animation : Solène Connan (UBO) & Sylvain Petek (IRD).

Objectif :

L’Écologie chimique est un domaine de recherche pluridisciplinaire, visant à étudier les interactions entre organismes, avec leur environnement, médiées par des molécules dans toute leur diversité et complexité. En fonction de leur environnement, les organismes marins présentent des adaptations physiologiques aux contraintes biotiques et abiotiques, en produisant des métabolites primaires et/ou secondaires originaux, ou en interagissant avec leur microbiote pour synthétiser des molécules de défenses. Ces adaptations jouent ainsi un rôle très important dans la structuration des communautés.

Cet AR étudie les interactions entre espèces, mais également l’influence des variations environnementales sur ces interactions et sur les organismes peuplant ces écosystèmes. Par ailleurs, l’isolement et l’étude des propriétés de ces composés permettent d’envisager des applications biotechnologiques (lien avec AR6), comme actifs marins et une valorisation dans divers secteurs industriels. Ces études seront réalisées au travers de différents modèles (microalgues, macroalgues, halophytes, éponges, mollusques et leurs microflores associées).

AR4.1 « Adaptation chimique face aux facteurs abiotiques : photoprotection, osmorégulation, thermorégulation »

AR4.2 « Adaptation chimique face aux facteurs biotiques : Broutage, prédation et allélopathie »

AR4.3 « Quorum sensing et antibiofilm »

AR4.4 « Mécanismes d’adhésion- activation, inhibition »

Axe de Recherche 5: Variabilité populationnelle et potentiel évolutif face aux contraintes environnementales

Animation : Roussel Sabine (UBO) & Charrier Grégory (UBO)

Objectif:

Comprendre les mécanismes gouvernant les capacités adaptatives des populations marines revêt une importance majeure pour estimer leur potentiel de résilience face à l’action conjuguée des changements globaux et des diverses pressions environnementales auxquelles elles sont confrontées. Dans ce cadre, déconvoluer les processus évolutifs responsables de la diversité des populations constitue un préalable indispensable à l’étude de leur potentiel adaptatif. Par ailleurs, la question de la résilience des populations est d’un intérêt capital pour les espèces exploitées à des fins commerciales, telles que la coquille Saint-Jacques, l’ormeau, l’huître ou le bar.

AR5.1 « Diversité génétique et phénotypique des populations côtières »

AR5.2 « Réponses adaptatives des populations face aux changements environnementaux »

AR5.3 « Conservation et résilience des populations marines exploitées »

Axe de Recherche 6: Valorisation biotechnologique des produits d’origine marine (aquaculture, alimentation, santé, cosmétique)

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

Objectif :

Cet AR6 s’inscrit dans un continuum entre la recherche fondamentale et les applications de la recherche. La valorisation des organismes marins représente un enjeu sociétal majeur pour la production de nouvelles ressources alimentaires, mais aussi pour apporter de nouvelles molécules dans les domaines de la santé humaine, animale et végétale ainsi que dans le domaine des biomatériaux. Les différentes AR bénéficient du savoir-faire des deux plateformes BIODIMAR®, LIPIDOCEAN et du plateau technique « Analyse des macrophytes ».

AR 6.1 « Approches biomimétiques et comparatives pour la santé »

AR 6.2 « Les défenses chimiques comme sources exploitables d’ingrédients pour la santé et cosmétique »

AR 6.3 « Solutions bio-inspirées pour lutter contre les pathogènes microbiens »

AR 6.4 « Les molécules de défense des organismes contre les salissures »

AR 6.5 « Des lipides marins pour la nutrition animale et la santé »