Le processus de calcification chez Corallium rubrum conduit à la formation de deux structures squelettiques composées de CaCO3, l’axe squelettique et les sclérites, de taille et de forme différentes. Comme chez de nombreuses espèces calcifiantes, la calcification se fait sous contrôle biologique impliquant notamment des enzymes et des transporteurs ioniques. Une question centrale est d’identifier les mécanismes communs ou propres à chaque espèce qui sous-tendent leur convergence fonctionnelle envers ce processus. Deux approches ont été utilisées pour caractériser ces mécanismes chez C. rubrum: 1) Une approche physiologique avec le développement d’une technique de culture de microcolonies sur lamelles permettant d’observer différents stades de calcification, et de mesurer le pH aux sites de calcification par imagerie confocale ; 2) Une approche moléculaire afin de caractériser une famille d’enzymes, les anhydrases carboniques (ACs), qui jouent un rôle clef dans la calcification.Nous avons réalisé une cartographie du pH en effectuant des mesures dans différents compartiments intra- et extracellulaires. Nos résultats montrent notamment que le pH aux sites de calcification est supérieur à celui du milieu circulant dans les canaux gastrodermiques et non à celui l’eau de mer. Les mesures d’expression différentielle des ACs dans différents tissus mettent en évidence une isozyme préférentiellement exprimée dans les cellules calcifiantes.Ces résultats intégrés dans un contexte de calcification comparée pointent sur la convergence fonctionnelle des ACs et de la régulation du pH par les cellules calcifiantes, tout en soulignant des divergences évolutives. / The calcification process in Corallium rubrum leads to the formation of two skeletal structures made of calcium carbonate, the skeletal axis and sclerites, of different size and shape. As in many calcifying species, calcification occurs under a biological control that involves enzymes and ion transporters. A central issue is to determine the common and the species-specific mechanisms of calcification in order to identify functional convergences in this process. Two approaches were used to characterize these mechanisms in C. rubrum: 1) A physiological approach involving the development of a microcolony culture technique on glass coverslips, allowing the observation of the different stages of calcification, and the measurement of pH at the sites of calcification by the use of confocal microscopy; 2) A molecular approach to characterize an enzyme family, the carbonic anhydrases, which play a key role in calcification.We performed pH mapping by making measurements in different intra- and extracellular compartments. Our results show higher pH values at the sites of calcification compared with the fluid circulating in the gastrodermal canals, but not with the seawater surrounding the microcolony. Measurements of differential expression of carbonic anhydrases in different tissue fractions highlight an isozyme preferentially expressed in the calcifying cells.Within comparative calcification perspectives, these results point towards the functional convergence of carbonic anhydrases and pH regulation by the calcifying cells, while highlighting evolutionary divergences.

Le corail rouge de Méditerranée (Corallium rubrum) fait l'objet d'un important commerce depuis des millénaires ; il est traditionnellement utilisé pour la confection de bijoux et d'objets d'art. L'étude de son squelette permet de mieux comprendre les procédés utilisés par la nature pour fabriquer des matériaux résistants avec un coût énergétique minimal (conditions de chimie douce). D'autre part, la caractérisation des taux de croissance vertical et radial est toute aussi importante pour établir des critères à des fins de conservation de l'espèce. Dans ce travail, C. rubrum a été comparé à d'autres espèces de coraux précieux de la même famille (C. elatius et Paracorallium japonicum). Ces espèces présentent deux modes de croissance distincts: (1) un mode 'bloc par bloc' à l'apex de la branche, associé à une croissance axiale rapide (~2 mm/an) et (2) un mode 'couche par couche' se produisant en dessous de l'apex, associé à une croissance radiale lente (~0,2 mm/an). Les structures physiques et chimiques des squelettes des coraux précieux aident à mieux comprendre les mécanismes complexes de la croissance cristalline bio-assistée. / The Mediterranean red coral (Corallium rubrum) has been harvested and traded for centuries; it is highly valued in jewelry. Studies of the skeletal structures are important to better understand how nature proceeds to synthetize resistant material at low-energy cost by soft chemistry. On the other hand, the determination of vertical and axial growth rates is important to establish criterions for the sustainable management of these precious species. In this work, the skeleton of C. rubrum has been compared to skeleton of other species belonging of the same family (C. elatius and P. japonicum). All species show two distinct growth modes: (1) a block-by-block mode at the branch apex associated with a fast axial growth rate (~2 mm/year) and (2) a layer-by-layer mode associated with a slow radial growth rate (~0,2 mm/year). The physical and chemical patterns of the skeleton of precious corals provide important constraints to better understand the complex mechanisms of in bio-assisted crystalline growth.

Les pressions anthropiques agissent en synergie du gène à l’écosystème, des régions polaires aux régions tropicales et induisent une érosion biologique telle, qu'elle est qualifiée de sixième extinction de masse.Ce constat pose la question de l’évolution de la biodiversité face aux changements environnementaux en cours. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse focalisé sur les populations de surface (5 -60 m) de corail rouge, Corallium rubrum (Linnaeus, 1758), en Méditerranée Nord-Occidentale.Le corail rouge (Octocorallia, Coralliidae) est une espèce sessile à phase larvaire caractérisée par sa longévité importante, sa dynamique de population lente et son rôle structurant au sein des communautés de substrats durs de Méditerranée. Soumis à une importante pression de récolte, Corallium rubruma récemment subi deux évènements de mortalité massive concordant avec des anomalies thermiques positives, potentiellement liées au réchauffement climatique. La combinaison de ces deux pressions environnementales est donc susceptible d’affecter fortement l’évolution des populations de surface de cette espèce. Basé sur une approche intégrant génétique des populations et écologie de terrain, ce travail a pour objectif principal d’étudier les processus microévolutifs en jeu chez le corail rouge, de l’inter- à l’intra- populationel, afin de contribuer à l'amélioration de nos connaissances sur la biologie de cette espèce dans le contexte environnemental actuel.Ce travail de thèse élargit le champ de connaissances relatif à l’écologie de Corallium rubrum et fournit un ensemble d’outils et de données pour sa conservation face aux perturbations environnementales en cours.Il contribue, par la même occasion, à une avancée significative dans la compréhension de la biologie des organismes marins sessiles à phase larvaire.Il illustre notamment la pertinence d'approches mises place à des échelles spatiales réduites, pour répondre à des questions fondamentales sur l’évolution de ces organismes, souvent clés au sein de communautés sous pression / Anthropic pressures act synergistically from gene to ecosystems and from polar to tropical regions, inducing a strong biological loss, which is considered by many as the sixth mass extinction. The evolution of biodiversity facing the ongoing global change is thus an open question.The present study is focused on the shallow populations (5 - 60 m) of Corallium rubrum (Octocorallia,Coralliidae) in the North Western Mediterranean Sea. The red coral is a sessile and long-lived species with a larval phase, a slow population dynamics and an important structuring role in the Mediterranean hard substrates communities. This species faces a strong harvesting pressure, and recently underwent two massmortality events linked to positive thermal anomalies putatively due to ongoing climate change. These two pressures may have deep implications on the evolution of the shallow populations of this species. Using population genetics and field ecology, the main objective of this study was to define microevolutionary processes acting between and within red coral populations, to enhance our knowledge on the biology of this species facing the environmental changes. This work extends our knowledge concerning the ecology of Corallium rubrum, and provides new toolsand data for its conservation in the context of the ongoing global change. Moreover, this work improves our understanding in the biology of sessile marine organisms with a larval phase, illustrating for example the relevance of approaches conducted at fine geographical scales to address questions regarding the evolution of these organisms.