Signatures génomiques suggérant une adaptation à l'acidification des océans chez un holobionte corallien issu de suintements volcaniques de CO2

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Sep 04, 2023

Signatures génomiques suggérant une adaptation à l'acidification des océans chez un holobionte corallien issu de suintements volcaniques de CO2

Communications Biology volume 6, Numéro d'article : 769 (2023) Citer cet article 2592 Accès 31 Détails d'Altmetric Metrics L'acidification des océans, causée par les émissions anthropiques de CO2, devrait

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 769 (2023) Citer cet article

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L’acidification des océans, provoquée par les émissions anthropiques de CO2, devrait avoir des conséquences majeures sur les coraux constructeurs de récifs, mettant en péril la structure des habitats marins les plus riches en biodiversité. Cependant, on ne sait pas encore si les coraux peuvent s’adapter à l’acidification des océans et comment. Nous avons abordé ces questions en réexaminant les données transcriptomiques et génomiques des holobiontes coralliens Acropora millepora provenant de suintements volcaniques de CO2 avec des niveaux de pH de fin de siècle. Nous montrons que l'adaptation à l'acidification des océans est un processus holistique impliquant les trois compartiments principaux de l'holobionte corallien. Nous avons identifié 441 gènes adaptatifs candidats à l'hôte corallien impliqués dans la calcification, la réponse à l'acidification et la symbiose ; différenciation génétique des populations chez les photosymbiotes dinoflagellés ; et une activité transcriptionnelle cohérente du microbiome malgré les changements de communauté microbienne. Les holobiontes coralliens, des analogues naturels aux futures conditions océaniques, abritent des variantes génétiques bénéfiques avec un potentiel d'adaptation rapide et considérable. Face au changement climatique, ces populations nécessitent des stratégies de conservation immédiates car elles pourraient devenir essentielles à la survie des récifs coralliens.

Au cours des 250 dernières années, la pression partielle atmosphérique de dioxyde de carbone (pCO2) a augmenté de 50 % en raison de la combustion anthropique de combustibles fossiles, ce qui représente le changement de pCO2 le plus rapide sur Terre depuis des millions d'années1. Au cours de cette période, les océans ont absorbé environ un tiers des émissions anthropiques totales de CO22,3, entraînant une réduction du pH et une diminution de la saturation en carbonate des eaux de surface, communément appelée acidification des océans4.

De nombreux organismes marins calcifiants, tels que les coraux constructeurs de récifs, dont les squelettes constituent l'échafaudage de l'habitat marin le plus riche en biodiversité (c'est-à-dire les récifs coralliens), dépendent du carbonate pour construire leurs structures de carbonate de calcium5. Bien que les effets dévastateurs du réchauffement des océans soient déjà évidents sur les récifs coralliens des tropiques, l’acidification des océans devrait avoir des conséquences majeures sur les organismes marins calcifiants dans les décennies à venir en augmentant à la fois la dissolution des squelettes de carbonate de calcium actuels et la difficulté de déposer de nouveaux squelettes6. De plus, les effets combinés de l’acidification et du réchauffement des océans semblent accroître la réduction mondiale de la production nette de carbonate et l’accrétion de la plupart des récifs coralliens7.

Selon ces prévisions, de nombreux récifs se dégraderont au cours des décennies à venir, à moins que les coraux ne soient capables de suivre le rythme des changements environnementaux globaux prévus. Les réponses des coraux se limitent à deux processus principaux : l'expansion de leur aire de répartition vers les pôles ou la persistance par adaptation et/ou acclimatation8. Des exemples d’expansion de l’aire de répartition d’espèces de coraux tropicaux vers les pôles ont été signalés dans le sud du Japon en réponse à la hausse des températures de la mer9, tandis que les mécanismes d’acclimatation rapide des coraux sont encore en cours d’élucidation. Une acclimatation rapide a généralement lieu au niveau des holobiontes et peut inclure un remaniement des photosymbiotes, des changements de communauté bactérienne et des modifications épigénétiques transmises à la descendance par le biais de la plasticité transgénérationnelle10. Bien que les mécanismes d'acclimatation joueront sûrement un rôle important sur la survie à long terme des coraux, l'ampleur de la variation génétique permanente et la présence d'allèles adaptatifs dans les métapopulations coralliennes seront décisives dans la persistance future des récifs coralliens.

Les suintements volcaniques sous-marins de CO2 agissent comme des analogues naturels d’un futur océan acidifié et offrent des opportunités uniques pour étudier l’acclimatation et l’adaptation à long terme à l’acidification des océans13,14. Les populations de coraux présentes dans ces laboratoires naturels in situ pourraient abriter des allèles adaptatifs leur conférant une grande résilience et/ou résistance à l'acidification des océans. Ces allèles adaptatifs peuvent avoir été sélectionnés par sélection naturelle, comme dans les colonies de coraux vivant dans des microclimats naturellement à haute température15. Par exemple, les coraux méditerranéens solitaires azooxanthellés tempérés provenant d’un système de suintement de CO2 en Italie présentent une différenciation génétique élevée dans les gènes impliqués dans la calcification16. Cependant, aucune étude à ce jour n’a utilisé les suintements de CO2 pour étudier les signaux génomiques de l’adaptation locale à l’acidification des océans chez les coraux constructeurs de récifs tropicaux.

20 were retained, using the FreeBayes flag -m 20. VCFtools 0.1.1676 was used to filter and retain biallelic SNPs (--remove-indels --min-alleles 2 --max-alleles 2) with a minimum quality score of 20 (--minQ 20) and present in at least 70% of the individuals (--max-missing 0.7). A minimum allele frequency filter of 0.05 (--maf 0.05) was set to avoid calling singleton SNPs. Our final A. millepora coral host dataset consisted of 79,273 SNPs./p>