Marine PRATLONG (OT-Med, IMBE) defended her PhD thesis on 5 December 2016 at 13h30 h in Marseille, building 4. Station Marine d'Endoume, chemin de la Batterie des Lions, 13007 Marseille
Supervisors: Didier Aurelle (IMBE), Pierre Pontarotti (LATP)
It was the third defense of the PhD thesis funded by OT-Med.
Subject :
The evolutionary challenge of climate change: adaptive processes in the Mediterranean, red coral (Corallium rubrum)
The on-going climate change should have major impacts on the different components of biodiversity, from genes to ecosystems. The Mediterranean red coral (Corallium rubrum) has an important ecological role in Mediterranean benthic ecosystems and is submitted to major anthropic pressures because of its direct (exploitation) and indirect (attractivity for recreational scuba-diving) economical values. This species has recently been impacted by mortality events linked with thermal anomalies. Because of the extremely contrasted thermal conditions it deals with along his range the red coral is an interesting model for the study of local adaptation. During my thesis, I tried to understand the genetic basis of thermotolerance differences in the red coral.
We first confirmed that gene expression differences were maintained along time, in absence of thermal stress in individuals from different depths in Marseille. Some of these genes presented relevant functions which were already described in the stress response in cnidaria and were good candidates for the study of local adaptation and strong arguments supporting the conservation of this function in cnidaria.
In order to identify potential genetic basis of the local adaptation in the red coral, we built a sampling design of pairs of `shallow vs deep' populations in three geographical regions and sequenced via RAD-Sequencing the corresponding individuals. The analysis of neutral genetic structure of the studied populations highlighted a limited connectivity of shallow populations with both shallow populations and deep populations that could counteract recolonization abilities of population the most exposed to global change. Several methodological obstacles have been met in the detection of loci under selection in such strongly structured species. By keeping in mind these potential biases, we highlighted a potential signal of local adaptation in Marseille and Corsica, without any convergence in candidate genes and functions. The analysis of the genetic structure of the red coral led us to the identification of sex genetic markers which is the first description in a non-bilaterian species. This observation confirms that the red coral is an interesting model for evolutionary and integrative biology.
In conclusion, this thesis completes ecological and biological genetic knowledge we have for the red coral. Here we provide a first study of local adaptation and genetic sex determination in this species. New approaches will be implemented to further explore the local adaptation of red coral to depth, particularly in light of a genome, or a more focused view of the phenotype.
Key words: Red coral, Selection, Local adaptation, Climate change, Genetic determinism of sex, Connectivity
Le défi évolutif du changement climatique, processus adaptatifs chez le corail rouge (Corallium rubrum)
Le changement climatique actuel affecte déjà différents composants de la biodiversité, des gènes aux écosystèmes. En Méditerranée, le corail rouge (Corallium rubrum) présente un important rôle écologique dans les écosystèmes benthiques de substrat dur. Il subit d'importantes pressions anthropiques de par sa valeur économique directe (exploitation), et indirecte (attrait pour la plongée récréative). Il a récemment été touché par des événements de mortalité liés à des anomalies thermiques. Par ailleurs, les conditions environnementales, et notamment thermiques extrêmement contrastées que cette espèce subit sur l'ensemble de son aire de répartition, en font un modèle intéressant pour l'étude de l'adaptation locale. J'ai donc cherché, au cours de ma thèse, à comprendre les bases génétiques des différences de thermotolérance chez le corail rouge.
Dans un premier temps, nous avons confirmé que les différences d'expressions de gènes étaient maintenues au cours du temps, en absence de stress thermique chez des individus issus de profondeurs différentes à Marseille. Certains des gènes identifiés, présentant des fonctions pertinentes et déjà décrites pour la réponse au stress chez les cnidaires, sont de bons candidats pour l'étude de l'adaptation locale et de forts arguments en faveur de la conservation de cette fonction chez les cnidaires.
Afin d'identifier d'éventuelles bases génétiques de l'adaptation locale chez le corail rouge, nous avons mis en place un protocole d'échantillonnage de paires de populations `surface vs profondeurs' dans trois régions géographiques différentes suivi d'un séquençage via RAD-Séquençage. L'analyse de la structure génétique neutre indique une connectivité réduite entre les populations de surface et à fois populations de surface et les populations profondes qui pourrait limiter les capacités de recolonisation des populations les plus exposées aux pressions du changement global. En ce qui concerne les locus sous sélection, plusieurs obstacles méthodologiques ont été rencontrés dans leur détection chez cette espèce à forte structure génétique. En gardant à l'esprit ces biais possibles, nous avons identifié un signal probable d'adaptation locale à Marseille et en Corse, sans qu'une convergence dans les gènes ou les fonctions candidats n'ait été observée. L'analyse de la structure génétique chez le corail rouge a conduit à l'identification de marqueurs génétiques du sexe qui correspond à la première description chez une espèce non-bilatérienne. Cette observation confirme l'intérêt du corail rouge en tant que modèle en biologie évolutive et intégrative.
En conclusion, cette thèse complète les connaissances biologiques écologiques et génétiques que nous avons chez l'espèce emblématique qu'est le corail rouge. Nous apportons ici une première étude de l'adaptation locale et du déterminisme génétique du sexe chez cette espèce. De nouvelles approches pourront être mises en place pour continuer à explorer l'adaptation locale du corail rouge à la profondeur, notamment à la lumière d'un génome, ou d'un point de vue plus axé sur le phénotype.
Mots clés : Corail rouge, Sélection, Adaptation locale, Changement climatique, Déterminisme génétique du sexe, Connectivité