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Augmenter la chaleur: des symbiotes adaptés au laboratoire aident le corail à survivre au réchauffement des eaux

Référence: Buerger, P., Alvarez-Roa, C., Coppin, C.W., Pearce, S.L., Chakravarti, L.J., Oakeshott, J.G., Edwards, O.R., van Oppen, M.J.H. 2020. Les symbiotes de microalgues évolués par la chaleur augmentent la tolérance au blanchiment des coraux. Avancées scientifiques, 6: eaba2498.

DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aba2498

Un avenir incertain

Les récifs coralliens sont un écosystème important dans de nombreuses eaux peu profondes à travers le monde. Les coraux sont des animaux qui dépendent du phytoplancton, connu sous le nom de zooxanthelles, pour les sucres produits lors de la photosynthèse. En retour, les hôtes coralliens fournissent à ces «endosymbiotes» une protection contre les prédateurs. Avec le réchauffement et l'acidification des conditions océaniques dues au changement climatique, leur avenir reste incertain. Il existe de nombreux signes qu'un récif corallien peut être en difficulté, notamment la prolifération d'algues (macroalgues), un film de bactéries qui se développent sur le corail et le blanchissement du corail. Le blanchissement des coraux se produit lorsque les zooxanthelles qui vivent dans le tissu hôte corallien sont expulsées en raison de températures inhospitalières qui compromettent la symbiose. Si la symbiose entre le corail et les zooxanthelles n'est pas rétablie, le corail mourra de faim.

Image d'Acropora tenuis, l'espèce de corail utilisée pour étudier la tolérance au blanchissement des coraux par Buerger et al. (2020). Image de MDC Seamarc Maldives.

Le blanchissement des coraux est devenu beaucoup plus répandu ces dernières années, avec environ la moitié de la Grande Barrière de Corail (GBR) perdue à cause du blanchiment en 2016 et 2017 seulement. Les chercheurs ont étudié le potentiel d'adaptation des coraux et des zooxanthelles aux eaux chaudes, mais le consensus général est que la plupart des espèces de coraux ne s'adapteront pas à temps pour survivre à nos projections climatiques actuelles. Plus récemment, les scientifiques ont commencé à étudier le potentiel d'évolution assistée en laboratoire. Les coraux et leurs symbiotes zooxanthelles sont amenés dans le laboratoire et exposés à des températures plus chaudes plus lentement qu'ils ne le feraient dans notre océan qui se réchauffe. Ce taux de réchauffement plus lent permet au symbiote photosynthétisant à croissance rapide de s'adapter sur plusieurs générations. Cependant, auparavant, l'adaptation des zooxanthelles à des conditions plus chaudes n'a pas été rétablie chez un hôte corallien. Buerger et ses collègues ont cherché à rétablir cette symbiose et à déterminer les gènes qui pourraient conférer une tolérance aux conditions océaniques plus chaudes.

Les coraux peuvent-ils s'adapter?

Dans le cadre de leurs recherches, Buerger et al. a augmenté une population de Cladocopium goreaui, un symbiote de corail, provenant d'un seul organisme et a exposé les cultures à la même température que leur environnement d'origine (27 ° C) ou à une augmentation progressive de la température jusqu'à 31 ° C sur 4 ans (voir schéma de l'étude). En augmentant lentement la température à laquelle les cultures sont exposées, Cladocopium goreaui ont plus de temps pour s'adapter à travers les générations. Les cultures cultivées sur 4 ans à 27ºC étaient appelées souches de type sauvage (WT), tandis que celles cultivées à 31ºC étaient appelées souches adaptées à la chaleur (SS). Après 4 ans, une expérience a été lancée dans laquelle les cultures WT et SS ont été exposées à 27 ° C (ambiant) et 31 ° C (soumis à une contrainte thermique) pendant trois semaines. Leur croissance a ensuite été mesurée à l'aide du nombre de cellules, de leur capacité photosynthétique et de leur libération d'une espèce d'oxygène réactif (ROS). Dans les récifs coralliens, les ROS sont libérés par les symbiotes dans des conditions stressantes et se produisent pendant le blanchissement des coraux. Les souches cultivées à des températures élevées sur 4 ans avaient un plus grand nombre de cellules et libéraient moins de produits de stress lorsqu'elles étaient exposées à des températures élevées dans l'expérience, indiquant que ces cultures étaient adaptées à des températures plus élevées.

Image montrant l'évolution assistée des symbiotes coralliens (Cladocopium goreaui) vers des conditions plus chaudes sur 4 ans. L'image de gauche montre l'hôte corallien (Acropora tenuis) avec des symbiotes photosynthétiques montrés dans l'encart. Ces C. goreaui ont été cultivés en culture et cultivés à des températures variables. Image de Buerger et al. 2020.

La prochaine étape consistait à exposer ces symbiotes adaptés aux hôtes des récifs coralliens pour rétablir la symbiose. Les larves de corail ont été cultivées dans des réservoirs avec chaque symbiote, soit la souche adaptée à la chaleur (SS) ou la souche de type sauvage (WT). Après avoir fait croître le corail avec les symbiotes pendant 10 semaines, le corail a été exposé à des températures élevées (31 C) pendant une semaine. Les symbiotes WT ont fonctionné de manière similaire à la plupart des souches SS, à l'exception de trois. Trois symbiotes adaptés à la chaleur se sont révélés conférer une tolérance à la chaleur à leur hôte corallien. Ces trois souches SS ont permis à leur hôte corallien de prospérer dans des conditions où il ne survivrait pas autrement.

Enfin, les chercheurs ont utilisé des techniques moléculaires pour étudier comment ces symbiotes thermiquement adaptés pourraient augmenter la tolérance à la chaleur de leur hôte. Lorsque les organismes sont exposés à de nouvelles conditions, ils répondent par des gènes régulateurs à la hausse ou à la baisse dans un processus appelé transcription. Les chercheurs peuvent profiter de ce processus et mesurer la régulation des gènes en réponse à des conditions variables. Bueger et al. mesure la régulation des gènes d'un symbiote adapté à la chaleur qui a permis à son hôte corallien de survivre dans des conditions plus chaudes. La régulation des gènes dans la symbiose évoluée a été comparée à une symbiose de type sauvage (WT) et à deux coraux qui n'avaient pas une tolérance accrue au réchauffement de leurs symbiotes adaptés à la chaleur. La symbiose adaptée à la chaleur rétablie a entraîné une régulation à la hausse des réactions sombres lors de la photosynthèse dans les zooxanthallae, dont il a été démontré qu'elles diminuaient pendant le blanchissement des coraux. Les auteurs pensent que ces changements pourraient contribuer directement à une diminution du blanchissement des coraux et à une augmentation de la tolérance thermique.

Cette étude a montré que les symbiotes coralliens photosynthétiques peuvent s'adapter à des températures plus élevées en laboratoire sur une période de quatre ans. Les auteurs montrent également que cette tolérance peut être conférée à l'hôte corallien, ce qui n'a pas été prouvé avant cette étude. Enfin, Buerger et al. aller plus loin dans l'identification des gènes importants qui pourraient répondre à l'augmentation des températures et aider à conférer une tolérance au blanchissement des coraux.

Et maintenant?

Des études comme celle-ci montrent le potentiel de conservation grâce à l'adaptation des coraux assistée par l'homme. Cependant, davantage de recherches doivent être effectuées sur la prévalence à long terme de ces coraux adaptés thermiquement et leur survie après leur réintroduction dans l'environnement. Dans l'ensemble, la recherche présentée ici est une voie prometteuse pour la conservation des coraux à l'avenir.

Je suis doctorant au Rynearson Lab de la Graduate School of Oceanography (GSO) de l'Université du Rhode Island (URI). Globalement, mes intérêts de recherche sont axés sur les impacts humains sur l'écosystème océanique, en particulier les effets sur les producteurs primaires (phytoplancton) à la base du réseau trophique. Plus précisément, mes intérêts incluent l'écologie et la physiologie du phytoplancton, en particulier en ce qui concerne les facteurs de stress de la limitation des nutriments, les polluants et les impacts humains. Je suis également intéressé à utiliser des analyses moléculaires pour étudier les distributions environnementales au sein de différents groupes fonctionnels du phytoplancton et mettre en évidence les différences entre les organismes dans les expériences de culture. Actuellement, je travaille avec des cultures de régions de l'océan qui sont limitées en nutriments et mènerai des expériences en laboratoire pour aider à étudier comment ces phytoplancton survivent.

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