Study of responses of the mussel Mytilus spp exposed to metallic and thermal stresses during the embryo-larval stages
Etude des réponses de la moule Mytilus spp exposée à des stress métallique et thermique durant les stades embryo-larvaires
Résumé
Coastal marine ecosystems are subject to anthropogenic and natural pressures that place aquatic organisms in multi-stress situations. The aim of this doctoral work was to assess the impact and better understand the adaptation mechanisms of mussel early life stages exposed to two major environmental factors : metallic pollution and increasing temperatures in coastal marine waters. The effects induced by exposure to two model metal pollutants (Cu and Ag) and moderatethermal stress alone or in combination were evaluated on the early life stages of development of two mussel species : Mytilus galloprovincialis and Mytilus edulisas well as their hybrids. Our results show a significant increase in the percentageof malformed D-larvae with increasing temperature. Moreover, Ag is significantly more toxic than Cu for larvae. In addition, the toxicity of metals increases with increasing temperature. Co-exposure to metals and a moderate temperature increases the antioxidant activity of catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD)and glutathione-S-transferase (GST), and increases cellular content of metallothioneinsand lipid peroxidation. At a higher temperature of 22 °C, a significant decrease in the activities of the antioxidant enzymes is observed. DNA damage in M. galloprovincialis larvae was evaluated using the comet assay with and without Formamidopyrimidine DNA glycosylase treatment. Co-exposure to metals and/ortemperature increase significantly increased DNA lesions on mussel larvae, witha more pronounced effect on oxidative damage. It has also been shown that Cuand Ag are accumulated differently in the larvae as a function of the exposure temperature. The study of the gene expression by RT-qPCR of 18 genes involvedin antioxidant defenses, DNA repair, apoptosis, proteolysis, transcription, thermal stress and metal detoxification was conducted in D-larvae of M. galloprovincialis.Under moderate thermal stress, a tendency of over expression of the cell defense pathways is observed. However, in the case of metallic and thermal co-expositions, the pathways of apoptosis and cellular alteration are rather induced. A pluginand macro were developed for the evaluation and characterization of behavior oflarvae of M. galloprovincialis. A significant increase in the maximum speed of D larvaewith increasing temperature is observed without affecting the mean velocity. In contrast, exposure to Cu and Ag at 22 °C significantly increases average and maximum larval speed. Under controlled conditions at 18 °C, larvae mainly follow rectilinear trajectories (88 %). With increasing temperature and/or exposure to metals, circular trajectories increase considerably at the expense of rectilinear trajectories. These changes in behavior may be related to the induction of malformations but also to the modulation of neuronal activity. Thus, a significant increase in the acetylcholinesterase (AChE) activity of the larvae is observed following exposure to a temperature gradient and/or metals. Viable and normally developed D-larvae were obtained by hybridization of M. galloprovincialis and M.edulis. Larvae of M. edulis are more sensitive to temperature than larvae of M. galloprovincialis.No significant sensitivity differences between species are observed whatever the metal used. Moreover, the hybrid larvae from female M. galloprovincialis are more tolerant to the increase of temperature compared to the hybrid larvae issues from rom female of M. edulis.
Les écosystèmes marins côtiers sont soumis à des pressions anthropiques et naturelles qui placent les organismes aquatiques dans des situations de multi-stress.Ce travail doctoral avait pour objectif d’évaluer l’impact et de mieux comprendre les mécanismes d’adaptation des premiers stades de vie de moule exposés à deux facteurs environnementaux majeurs : la pollution métallique et l’accroissement des températures des eaux marines côtières. Les effets induits par l’exposition à deux polluants métalliques modèles (Cu et Ag) et à un stress thermique modéré seuls ou en combinaison ont été évalués sur les stades précoces de développement de deux espèces de moule : Mytilus galloprovincialis et Mytilus edulis ainsi que leurs hybrides. Nos résultats montrent une augmentation significative du pourcentage de larves D ma lformées avec l’augmentation de la température. Par ailleurs, l’Ag apparaît significativement plus toxique que le Cu pour les larves. De plus,la toxicité des métaux s’accroit avec l’augmentation de la température. La coexposition aux métaux et à une température modérée augmente les activités enzymatiques antioxydantes de la catalase (CAT), de la superoxyde dismutase (SOD)et de la glutathion-S-transférase (GST) et accroît le contenu cellulaire en métallothionéines et la peroxydation lipidique. A une température plus élevée de 22 °C,une diminution significative des activités des enzymes antioxydantes est observée.Les dommages à l’ADN chez les larves-D de moule M. gallo provincialis ont été évalués à l’aide du test des comètes avec et sans traitement par la Formamidopyrimidine ADN glycosylase. L’exposition aux métaux et/ou à la température aaugmenté de manière significative les lésions de l’ADN sur les larves de moule,avec un effet plus accentué sur les dommages oxydatifs. Il a été montré également que le Cu et l’Ag sont accumulés différentiellement dans les larves en fonction de la température d’exposition. L’étude de l’expression par RT-qPCR de 18 gènes impliqués dans les défenses antioxydantes, la réparation de l’ADN, l’apoptose,la protéolyse, la transcription, les réponses au stress thermique et la détoxification métallique a été conduite chez les larves-D de moule M. galloprovincialis.En cas d’un stress thermique modéré, une tendance à la surexpression des gènes impliqués dans les défenses cellulaires est observée. Toutefois, en cas d’une coexposition métallique et thermique, les voies d’apoptose et d’altération cellulaires sont activées.Un plugin et une macro ont été développés pour le logiciel ImageJ afin d’évaluer et de caractériser le comportement de nage des larves D de M. galloprovincialis.Une augmentation significative de la vitesse maximale des larves-Davec l’augmentation de la température est observée sans que la vitesse moyenne soit affectée. En revanche, l’exposition au Cu et à l’Ag à 22 °C augmente significativement les vitesses moyenne et maximale des larves. En condition contrôle à18 °C, les larves suivent principalement des trajectoires rectilignes (88 %). Avec l’augmentation de la température et/ou l’exposition aux métaux, les trajectoires circulaires augmentent considérablement au détriment des trajectoires rectilignes.Ces modifications de comportement pourraient être liées d’une part à l’induction de malformations mais aussi à la modulation de l’activité neuronale. Ainsi, une augmentation significative de l’activité acétylcholine estérase (AChE) des larves a été observée suite à l’exposition à un gradient de températures et/ou aux métaux.Des larves D viables et normalement développées ont été obtenues par hybridation de M. galloprovincialis et M. edulis. Les larves de M. edulis apparaissent plus sensibles à la température que les larves de M. galloprovincialis. Aucune différence significative de sensibilité n’a été observée entre les moules hybrides et pures quelque soit le métal testé. (...)
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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