L’ostréiculture constitue l'une des principales composantes de l’aquaculture. Cependant, ce secteur est confronté à des épisodes de mortalités anormales survenant aussi bien en écloseries que dans le milieu naturel, affectant les huîtres diploïdes et triploïdes et à différents stades de leur vie. Pendant les épisodes de mortalité des mollusques bivalves en France, des bactéries, initialement classées dans le groupe de V. harveyi, ont été régulièrement isolées à coté des virus de type herpès, V. splendidus ou de V. aestuarianus. Afin d'affiner l’affiliation taxonomique de ces isolats, une caractérisation génotypique et phénotypique a été réalisée. Les isolats bactériens, initialement classés dans le groupe de V. harveyi, se sont révélés génétiquement plus proches de souches du groupe V. tubiashii, reconnues comme agents pathogènes affectant larves et juvéniles de mollusques aux Etats-Unis et en Angleterre. Des outils de diagnostic ont été élaborés pour évaluer la propagation de cette espèce lors des périodes de mortalité depuis 2007, supportant cette première description de V. tubiashii en France. La virulence des isolats et la toxicité de leurs produits extracellulaires (ECPs) ont été confirmés par infections expérimentales sur des larves et des juvéniles de C. gigas. Les essais in vitro ont révélé la capacité des ECPs de V. tubiashii à perturber des fonctions immunitaires hémocytaires probablement via la dégradation de certaines protéines structurales. Finalement, des analyses protéomiques et transcriptomiques ont révélé la conjonction de multiples facteurs de virulence, y compris les métalloprotéases dans la virulence des souches françaises de V. tubiashii. / The oyster farming constitutes one of the major components of the global aquaculture. However, this sector is facing abnormal mortalities outbreaks that affect diploid and triploid oyster at their different life stages, in the hatcheries and in the field. During bivalve molluscs mortality events in France, bacteria initially classified into Harveyi group, were regularly isolated along with herpes virus, V. splendidus or V. aestuarianus. In order to fine tune the taxonomic affiliation of those isolates, a genotypic and phenotypic approach was used. The bacterial isolates, initially misclassified into the Harveyi clade, were shown to be genetically closed to V. tubiashii strains already recognized as the main causative agents of larvae and juvenile mollusc mortalities in America and in England. A diagnostic tool was developed to evaluate its spread in mortality events since 2007, supporting this first description of V. tubiashii in France. Moreover, the virulence of isolates and the toxicity of their extracellular products (ECPs) were confirmed on C. gigas larvae and juveniles by experimental infections. Using in vitro assays, French V. tubiashii ECPs revealed their ability to alter some hemocytes immune defense probably through the degradation of matrix structural proteins. Finally, proteomic and transcriptomic analyses revealed the conjunction of multiples virulence factors including metalloproteases in the virulence of the French V. tubiashii strains.

Tout d’abord considérés comme simples composants d’une barrière imperméable, il a été démontré que les lipides membranaires auraient en fait un rôle biologique bien plus important, pouvant modifier l’environnement des enzymes membranaires et moduler l’activité de ces dernières. Dans la thèse présentée ici, ces relations ont été étudiées dans les mitochondries de l’huître creuse Crassostrea gigas. Les bivalves subissent d’importants changements environnementaux et l’adaptation à ces changements peut passer par un remodelage des membranes, ce qui fait de ces animaux des modèles intéressants pour les études des relations entre la structure des membranes et les activités d’enzymes associées. Des huîtres ont été nourries en écloserie avec deux régimes d’algues monospécifiques, T-Iso et Chaetoceros gracilis, et un mélange équilibré de ces deux algues. Malgré d’importantes modifications de composition en acides gras induites par les différents régimes alimentaires, une grande stabilité des processus membranaires mitochondriaux a été observée. D’un autre côté, la comparaison entre des huîtres élevées en écloserie et des huîtres élevées dans leur milieu naturel a révélé d’importantes modifications de capacités mitochondriales, qui pourraient être liées à une modulation des classes de phospholipides et de leur insaturation. Ces différences ne peuvent pas s’expliquer par une influence des cycles tidaux dans la mesure où, malgré un changement de production d’ATP, l’activité des mitochondries a été montrée comme étant similaire chez les huîtres collectées en émersion et en immersion. L’homéostasie mitochondriale observée dans cette étude pourrait être un moyen pour les huîtres de faire face aux variations biotiques (disponibilité en nourriture) et abiotiques (disponibilité en oxygène) de l’environnement naturel de C. gigas, et de maintenir leurs fonctions physiologiques malgré ces variations. / First considered as simple components of an impermeable barrier, it has been shown that membrane lipids would have a more important biological role. These lipids could modify the environment of membrane enzymes and modulate their activity. In this thesis, these relationships have been studied in mitochondria of the oyster Crassostrea gigas. Bivalves undergo major environmental changes and adaptation to these changes may require a membrane remodelling, which makes these animals interesting models to study the relationship between membrane structure and membrane processes. In this study oysters were fed in hatchery with two monospecific algal diets, T-Iso and Chaetoceros gracilis, and an equilibrated mix of both algae. Despite significant changes in fatty acid composition induced by these diets, mitochondrial capacities remained stable. On the other hand, the comparison between hatchery-reared oysters and oysters reared in their natural environment revealed significant changes in mitochondrial capacity, which could be related to modulation of phospholipid class composition and unsaturation. These differences can not be explained by the influence of tidal cycles. Indeed, despite a change in ATP production, mitochondrial activity was shown to be similar in oysters collected during emersion and immersion.Mitochondrial homeostasis observed in this study could be a way for oysters to cope with biotic (food availability) and abiotic (oxygen availability) variations in the natural environment of C. gigas, and to maintain their physiological functions despite these variations.

Mollusc shells are unique adaptations that serve to protect the organisms that make them, and are a defining feature of the phylum. However the molecular underpinnings of shell forming processes are still largely unexplored. To further understand mollusc shell formation, I studied three bivalve species in this project: the blue mussel Mytilus edulis, the Pacific oyster Crassostrea gigas, and the king scallop Pecten maximus. While previous analyses of the shell proteomes showed species specificity, transcriptomes of the mantle tissues revealed more commonalities. To reconcile these differences, I studied differential gene expression in shell damage-repair experiments and during the formation of the first larval shell, to produce a comprehensive overview of shell formation processes. Expression data showed large biological variability between individuals, requiring matched-pair experimental designs to detect differential gene expression during shell repair. Loci differentially expressed during shell repair and in the larvae encoded shell matrix proteins, transmembrane transporters, and novel transcripts. A large number of shell matrix proteins, encoded in differentially expressed loci, were common in all three species during shell formation, indicating that shell forming proteins between different species may be more common than previously thought. Differential expression of transmembrane transporters during shell repair indicated that the animals may be regulating bicarbonate ions during shell formation. Finally, the experiments revealed novel transcripts, with unknown annotations to public datasets, that may putatively be involved in shell formation.

L'huître creuse du Pacifique, Crassostrea gigas a été introduite en France à la fin des années 60 pour remplacer l'huître portugaise, Crassostrea angulata, décimée par des maladies. Ce n'est cependant qu'à partir des années 90 que des populations sauvages se sont établies sur les estrans bretons. La première partie de cette étude a permis de montrer, qu'à l'exception de la zone nord-Finistère et des baies de Douarnenez et Audierne, l'ensemble des côtes bretonnes est actuellement colonisé par C. gigas. Des stocks de 10 000 et 6 420 tonnes ont été recensés en Rade de Brest et dans le Golfe du Morbihan. La seconde partie de cette étude a permis de préciser les facteurs déterminant la dynamique du processus invasif de C. gigas. La responsabilité du changement climatique dans l'établissement de C. gigas en Bretagne a ainsi été confirmée. Aucun recrutement de C. gigas n'a été observé dans la zone subtidale, réfutant ainsi les accusations d'exclusion de l'huître plate, Ostrea edulis. Enfin, l'impact de l'épisode de mortalité estivale massive des huîtres cultivées pendant l'été 2008 a été très faible dans les populations sauvages. L'analyse des conséquences écologiques de la prolifération de C. gigas sur les estrans bretons a été réalisée dans la dernière partie de cette étude. L'impact de C. gigas sur la communauté est net lorsque la colonisation s'intensifie et que de véritables récifs se forment, augmentant alors l'abondance et la diversité de la macrofaune. Les mesures de la production annuelle de carbone de la communauté intertidale rocheuse ont montré qu'elle est multipliée par plus de 20, lorsque C. gigas colonise le substrat en forte densité, atteignant 761,77 g C m-2 an-1.

L'objectif de cette thèse était de caractériser les éléments appartenant à la voie de signalisation énergétique AMP-activated protein kinase chez l'huître creuse Crassostrea gigas afin de comprendre son implication dans la gestion de l'énergie, en particulier en réponse à des conditions physiologiques qui sollicitent de l'énergie telles que la reproduction, ou à des stress environnementaux comme l'hypoxie ou le jeûne. Au niveau génomique, les trois sous-unités constitutives du trimère AMPK ainsi que plusieurs éléments impliqués dans cette voie de signalisation et dans les métabolismes glucidiques et lipidiques, potentiellement cibles de l'AMPK, ont été décrits. Au niveau protéique, plusieurs anticorps hétérologues ciblant les isoformes de la sous-unité α et la phosphorylation du résidu thréonine 172 de la sous-unité α, témoin indirect de l'activité AMPK, ont été utilisés. Deux sous-unités α tronquées dans le domaine kinase ont été caractérisées principalement dans les tissus musculaires suggérant leurs implications dans la fonction musculaire. Au cours d'un stress hypoxique, une augmentation significative des quantités de sous-unités α tronquées a été observée dans le muscle lisse. Ce résultat suggère que pendant une durée d'au moins 6 h, ces protéines tronquées sont nécessaires au maintien du métabolisme aérobie dans le muscle lisse, lui permettant ainsi de remplir son rôle de fermeture statique des valves. Nous avons suggéré une hypothèse indiquant que l'accumulation in vivo de ces sous-unitésα tronquées pourrait exercer un rôle de modulation ou de transdomination négative de l'activité de la sous-unité α entière. Dans la gonade, nous avons observé une activation de l'AMPK tout au long du processus de gamétogénèse afin de supporter les processus cataboliques de création de gamètes. Une diminution de cette activation a été observée lors du stade anabolique de mise en réserve des ovocytes. Enfin, lors d'un conditionnement en milieu contrôlé, une approche physiologique par privation de nourriture et une approche pharmacologique par injection d'AICAR ont été réalisées pour provoquer une modulation de l'AMPK. Les analyses ont montré que ni le jeûne ni l'AICAR n'ont induit une augmentation de la phosphorylation de la sous-unité α. Cependant, plusieurs changements liés à l'injection de l'AICAR ont été observés sur la physiologie de l'huître : la modification du rapport AMP:ATP chez les huîtres nourries en comparaison aux huîtres à jeun, et une mortalité dépendante de la dose injectée d'AICAR chez les huîtres mises à jeun. La caractérisation de l'AMPK chez C. gigas ouvre de nombreuses perspectives exigeant des études fonctionnelles poussées afin de démontrer le rôle pivot de cette kinase dans la gestion de l'énergie, comme démontré chez de nombreuses espèces de vertébrés, et ainsi décrypter le métabolisme énergétique de l'huître.

L'huître creuse C. gigas a connu des épisodes récurrents de mortalités estivales. En 2009, l'ostréiculture a connu la plus grave crise écologique et économique jamais observée depuis l'introduction de cette espèce sur les côtes françaises. Les études réalisées précédemment dans le but de comprendre les causes de ces mortalités, attribuent une origine multifactorielle faisant intervenir, de manière concomitante, des paramètres environnementaux, des conditions physiologiques particulières de l'huître, en association à la présence de microorganismes pathogènes tels que les vibrions appartenant aux espèces V. aestuarianus, V. splendidus et le virus OsHV-1. Ainsi, l'ensemble des travaux menés au cours de cette thèse représentent une contribution à l'étude d'une réponse immunitaire efficace de l'huître creuse Crassostrea gigas aux infections vibrions pathogènes.Le travail de thèse qui vous a été présenté a été réalisé dans le but de progresser encore sur la compréhension de la réponse immunitaire de l'huître creuse. Ce travail nous a permis d'établir une cartographie des modifications transcriptionnelles par la technique DGE (Digital Gene Expression) et notamment par l'identification d'effecteurs ou mécanismes entrant en jeu dans une réponse efficace vis-à-vis des agents infectieux et conduisant à son élimination. Le modèle (Crassostrea gigas – V. aestuarianus/V. splendidus) s'est avéré adapté à cette étude. Les mécanismes identifiés au cours de cette thèse, devront être étudiés plus précisément, puisque la plupart des gènes surreprésentés chez les huîtres survivantes ont des fonctions putatives. Nous avons suggéré l'implication de ces gènes dans le processus de survie des huîtres au cours d'une réponse efficace aux infections bactériennes. Il est apparu nécessaire de développer des recherches autour des défenses de l'huître creuse C. gigas avec pour objectif le développement de stratégies destinées à limiter l'impact des maladies. A long terme, ces stratégies seront applicables soit en prophylaxie afin de détecter des déficiences et prévenir le développement de maladies, soit en sélection génétique pour le criblage de géniteurs présentant des capacités de défenses optimales. / Aquatic organisms and particularly marine invertebrates, such as the oyster Crassostrea gigas, harbour an abundant and diverse microflora on their surface (epibiosis) or inside their tissues (endobiosis) where Vibrio splendidus is found as a dominant culturable Vibrio. With Evolution, oysters have developed effective systems for maintaining their homeostasis and discriminating the bacteria beneficial for their physiological fitness from the potentially harmful and pathogenic ones. However, for decades, the cultivated Pacific oyster C. gigas is suffering large scale summer mortality phenomenon that is reported in all areas of the world where this species is cultivated. Considerable effort has been invested in advanced genomic technologies to understand and characterize the major traits that govern the tolerance of oysters to stressful culture conditions and to pathogenic bacteria. In particular, immune-related genes have been characterized from C. giga. Briefly, a variety of antimicrobials have been fully characterized. Whereas most of these immune genes were shown to be modulated during infections, the molecular mechanisms by which the oyster can survive virulent Vibrio infections remained totally unknown. Here, our objective was to develop a better understanding of the genetic-level responses of oysters to pathogenic versus non pathogenic bacteria and to identify genes that are involved in physiological and immune responsiveness to circumvent the infections. In this attempt, we have performed a comprehensive analysis of the transcriptome of oyster immunity (hemocytes), using Digital Gene Expression (DGE). The study aimed to compare the expression profiles of the two libraries and, beyond gene identification and functional annotation, to explore the putative functions involved in the capability of oysters to circumvent and to survive infections. This is the first report on genome-wide transcriptional analysis of oyster survival-responsiveness.

Marine aquaculture is already vital to global food security and will continue to become more important in the coming years. Crassostrea gigas (Pacific oysters) is the primary oyster species cultivated worldwide. The FAO and IPCC predict that climate change will create uncertainty and challenges for marine aquaculture. Baynes Sound, British Columbia, is a productive region for aquaculture, producing >50% of British Columbia’s total annual bivalve production by live weight and value. Major summer mortality events have been documented in farmed Crassostrea gigas globally since the 1950’s. These events are believed to be caused by a multiplicity of factors including changes induced by anthropogenic climate change. One of the major contributors to summer mortality is the proliferation of Vibrio bacteria, specifically Vibrio aestuarianus, which has been shown to increase in abundance and virulence when seawater temperatures rise. Despite this connection and the economic importance of oyster farming in the region, little is known about the presence of V. aestuarianus in Baynes Sound. Our 17-month study sampled 7 sites in Baynes Sound on 33 occasions from May 2019 to September 2020. We found a positive correlation between seawater temperature and total Vibrio detected in water samples in Baynes Sound, an association that was stronger when the overall temperature regime was warmer. We found no significant correlation between any of the bacterial assays tested and salinity, pH, or Ωarag saturation. We also did not identify a geographic pattern to bacterial abundance or virulence amongst test C. gigas in the field. Understanding that flagellates are the predominant type of microalgae present in Baynes Sound when summer mortality events occur, in lab trials, we found that incorporating V. aestuarianus into marine aggregates with flagellate microalgae caused higher mortality than aggregates with diatoms or planktonic V. aestuarianus. These results were not statistically significant but led us to look at how exposure to husbandry stress pre and post inoculation with V. aestuarianus incorporated into marine aggregates affects mortality. We found that stress was a significant driver of mortality, particularly when administered 24h post inoculation, suggesting that farmers should avoid sorting or tumbling their oysters in the summer, and particularly immediately after a marine heatwave. Oysters lack adaptive immune systems and are grown in an open ocean environment where it is not possible to eliminate their exposure to pathogens. These factors make it impossible to use vaccines or antibacterial disinfectants to combat diseases. Therefore, breeding genetic resistance to V. aestuarianus may be the most effective way to fight summer mortality. Creating a repeatable and accurate protocol for inoculating oysters with marine bacteria is key to accurate heritability measurements and the estimation of breeding values of different families. Key factors include controlling for dose per animal, laboratory efficiency, and inoculation via a mechanism that mimics real-world infection and does not bypass the animal’s immune defenses. We designed a protocol which controls for these factors, separating each animal into individual containers and adding a controlled dose of planktonic bacteria to each. Previously used methods of injection or using an infected “donor” animal in a group tank do not control for dose or bypass parts of the oysters’ natural immune system, potentially creating inaccuracies in survival data generated with these methods. After designing this protocol, we tested 32 full-sib families and estimated the heritability of survival to V. aestuarianus on the observed and underlying liability scales to be 0.095 (SE = 0.043), and 0.15 (SE = 0.068) respectively. We also found a strong negative correlation between oyster size and survival, with a gram of additional weight creating a 73% increase in the risk of death. Fast growth and large size are two traits which have been explicitly bred into C. gigas stock. Our work suggests that breeding a slower-growing, smaller animal may reduce summer mortality. / Graduate / 2022-09-15

Cette étude à pour objectif de maîtriser les conditions de culture et de production toxinique chez Karenia selliformis et Alexandrium ostenfeldii dans le but de réaliser des contaminations expérimentales indépendamment du caractère aléatoire des proliférations toxiques en zones côtières. Ce travail vise également à étudier l'impact de l'alimentation sur la détoxification artificielle de la palourde Ruditapes decussatus contaminée par des gymnodimines et de l'huître Crassostrea gigas contaminées par des spirolides et enfin d'étudier l'impact physiologique de ces micro-algues toxiques au niveau des organes accumulateurs des coquillages. Dans un premier temps, il a été mis en évidence que les performances de croissance de K. selliformis (taux de croissance et concentration maximale) sont obtenues à une température de 22°C pour une salinité de 36 psu en utilisant le milieu f/2 alors que celles d'A. ostenfeldii sont obtenues à une température de 16°C pour une salinité de 35 psu en utilisant le milieu L1. Le contenu en gymnodimine dans les cellules de K. selliformis augmente en fonction de l'âge de la culture alors que le contenu en spirolide diminue au cours de la croissance cellulaire d'A. ostenfeldii plus particulièrement lors de la culture en photobioréacteur de 100 l. Dans un deuxième temps, des études expérimentales portant sur l'interaction des micro-algues toxiques avec les mollusques ont permis d'apporter des connaissances nouvelles sur le devenir des imines cycliques après contamination et lors de la détoxification. Il a ainsi été mis en évidence i) une accumulation majoritaire des GYMs et des SPXs au niveau des glandes digestives des palourdes et des huîtres ii) une accélération des cinétiques de détoxification lors de l'ajout de l'alimentation. Dans un troisième temps, les essais portant sur la contamination de C. gigas par A. ostenfeldii ont permis de déterminer i) une altération des diverticules digestifs consistant en une réduction de l'épaisseur de la paroi épithéliale et en une augmentation de la surface de la lumière des diverticules digestifs ii) une réaction inflammatoire dans la glande digestive de certains individus contaminés se caractérisant par une agglutination massive d'hémocytes autour de différents organes de la glande digestive: l'estomac, l'intestin ainsi que les conduits et tubules digestifs. Dans le cas des contaminations naturelles et expérimentales des palourdes les analyses histologiques réalisées n'ont pas permis de mettre en évidence des signes d'altération de la glande digestive comme dans le cas des les huîtres contaminées par A. ostenfeldii.

Le "coût de la reproduction" est un concept qui définit qu'un investissement à la reproduction élevé a un prix qui se paye ultérieurement par une accélération de la sénescence. Cela peut notamment traduire des compromis entre la reproduction et d'autres fonctions physiologiques comme la défense antioxydante. Chez l'huître creuse Crassostrea gigas, la reproduction représente une fonction physiologique majeure. Dans le cadre des études effectuées pour comprendre les mortalités estivales affectant cette espèce, une corrélation négative entre effort reproducteur et survie a été observée. D'autre part, des gènes antioxydants ont été mis en évidence comme différentiellement exprimés entre les lignées d'huîtres sélectionnées pour leur résistance ou leur sensibilité aux mortalités estivales. Certaines études proposent que la susceptibilité au stress oxydant puisse représenter un coût de la reproduction participant au processus de sénescence. Dans ce contexte, nous avons analysé la capacité antioxydante des huîtres en fonction de leur investissement reproducteur. Pour cela, la technique d'ARN interférence a été utilisée pour manipuler l'effort reproducteur des huîtres. L'expression des principales enzymes antioxydantes (taux de transcrits et activités enzymatiques) et le dosage de dommages oxydatifs ont ensuite été mesurés dans différents tissus et cellules de l'organisme (branchies, gonade, hémocytes et gamètes). Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse suggèrent que la capacité antioxydante de C. gigas est particulièrement efficace et que la reproduction seule n'est pas suffisante pour induire un stress oxydant. Cette capacité antioxydante apparaît comme tissu-spécifique voire cellule-spécifique et le métabolisme du glutathion semble jouer un rôle majeur dans cette protection. Cette grande résistance au stress oxydant contribuerait à faire de C. gigas une espèce particulièrement adaptée à la vie dans des environnements stressants.

Tout d'abord considérés comme simples composants d'une barrière imperméable, il a été démontré que les lipides membranaires auraient en fait un rôle biologique bien plus important, pouvant modifier l'environnement des enzymes membranaires et moduler l'activité de ces dernières. Dans la thèse présentée ici, ces relations ont été étudiées dans les mitochondries de l'huître creuse Crassostrea gigas. Les bivalves subissent d'importants changements environnementaux et l'adaptation à ces changements peut passer par un remodelage des membranes, ce qui fait de ces animaux des modèles intéressants pour les études des relations entre la structure des membranes et les activités d'enzymes associées. Des huîtres ont été nourries en écloserie avec deux régimes d'algues monospécifiques, T-Iso et Chaetoceros gracilis, et un mélange équilibré de ces deux algues. Malgré d'importantes modifications de composition en acides gras induites par les différents régimes alimentaires, une grande stabilité des processus membranaires mitochondriaux a été observée. D'un autre côté, la comparaison entre des huîtres élevées en écloserie et des huîtres élevées dans leur milieu naturel a révélé d'importantes modifications de capacités mitochondriales, qui pourraient être liées à une modulation des classes de phospholipides et de leur insaturation. Ces différences ne peuvent pas s'expliquer par une influence des cycles tidaux dans la mesure où, malgré un changement de production d'ATP, l'activité des mitochondries a été montrée comme étant similaire chez les huîtres collectées en émersion et en immersion. L'homéostasie mitochondriale observée dans cette étude pourrait être un moyen pour les huîtres de faire face aux variations biotiques (disponibilité en nourriture) et abiotiques (disponibilité en oxygène) de l'environnement naturel de C. gigas, et de maintenir leurs fonctions physiologiques malgré ces variations.