Thèse Année : 2025

Marine parasite diversity : study of cockle-trematode systems and their phenology using an environmental DNA-type approach

Diversité parasitaire marine : étude des systèmes coque-trématode et de leur phénologie par une approche de type ADN environnemental

Résumé

Digenean trematodes are among the most important groups of macroparasites in marine environments and play an important role in ecosystem functioning. Understanding their ecology requires accurate species identification and detection. However, conventional methods based on morphology have limitations, particularly for differentiating morphologically similar or cryptic species, identifying undescribed parasite stages and detecting early-stage or low intensity infections of hosts. As a result, life cycles and infection phenology often remain unresolved. Molecular approaches have the potential to overcome these barriers and help fill these ecological knowledge gaps. This thesis investigated how molecular tools can complement or surpass morphological identification in the diverse trematode community infecting the edible cockle (Cerastoderma edule), a key bivalve species of ecological and economic importance in European intertidal ecosystems, such as Arcachon Bay (France). Field surveys, laboratory experiments as well as morphological and molecular analyses were undertaken to (1) determine the reliability of morphological identification through comparison with molecular phylogenetic analyses of trematodes infecting cockles across Europe; (2) apply a targeted environmental DNA (eDNA) approach to elucidate the life cycle of the himasthlid Curtuteria arguinae by identifying its unknown hosts and assess the environmental drivers of its transmission to cockles; (3) improve detection of Bucephalus minimus sporocyst infections, a highly pathogenic bucephalid trematode, using species-specific molecular assays in order to describe its infection phenology. The European survey revealed 13 trematode species in cockles by morphology, but phylogenetic analyses uncovered 17 distinct genetic lineages. While some species were correctly identified morphologically, many were prone to misidentification or showed unexpected, potentially cryptic diversity, especially within the Himasthlidae family. This work clarified the strengths and limitations of current morphological methods of species identification and revealed that unknown infections might be more common than expected. The DNA dataset generated here also provided a solid foundation for the design of species-specific molecular tools. Building on this, a targeted qPCR-based eDNA approach allowed detection of C. arguinae DNA in water and fecal samples. The needle snail (Bittium reticulatum) and the oystercatcher (Haematopus ostralegus) were thereby identified respectively as the first intermediate host and as the definitive host, elucidating the life cycle for the first time. Experiments showed cercarial emergence was strongly temperature-dependent, driving seasonal transmission to cockles in the field. These results explain the parasite’s southern distribution and suggest potential northward expansion under climate change. Finally, molecular detection of B. minimus in cockles by species-specific qPCR and dPCR assays revealed substantially higher prevalence than microscopy, allowing the first description of infection phenology in Arcachon Bay. Infection dynamics were linked to cockle size and life history, as well as seasonal migration of the definitive host, the European seabass (Dicentrarchus labrax). Altogether, this thesis demonstrates the value of molecular methods for trematode identification and detection. These case studies show how molecular approaches, such as targeted eDNA approaches, can help resolve life cycles, detect inconspicuous infections and improve understanding of parasite phenology. Beyond the cockle-trematode systems studied here, this work highlights the broader value of molecular tools for assessing parasite prevalence, distribution and transmission and better integrating trematodes in our understanding of marine ecosystem functioning.

Les trématodes digènes sont des macroparasites majeurs des milieux marins et jouent un rôle important dans le fonctionnement des écosystèmes. Leur étude exige une identification et détection fiables, mais les méthodes conventionnelles basées sur la morphologie sont limitées, notamment pour distinguer les espèces similaires ou cryptiques, identifier des stades parasitaires inconnus et détecter les infections peu prévalentes ou de faible intensité dans l’hôte. Ainsi, de nombreux cycles de vie et dynamiques d’infection restent mal connus. Les approches moléculaires offrent une alternative pour lever ces verrous et enrichir les connaissances écologiques. Cette thèse a exploré l’apport des outils moléculaires à l’étude des trématodes infectant la coque commune (Cerastoderma edule), un bivalve clé d’importance écologique et économique majeure dans les écosystèmes intertidaux européens comme le Bassin d’Arcachon (France). Des campagnes de terrain et des expériences ont été menées afin de : (1) évaluer la fiabilité de l’identification morphologique par comparaison avec des analyses phylogénétiques des trématodes de coque à l’échelle de l’Europe ; (2) appliquer une approche ciblée d’ADN environnemental (ADNe) pour élucider le cycle de vie de Curtuteria arguinae (Himasthlidae), en identifiant ses hôtes inconnus et évaluer les facteurs environnementaux influençant sa transmission aux coques ; (3) améliorer la détection des infections de Bucephalus minimus, un Bucephalidae hautement pathogène, grâce à des méthodes moléculaires spécifiques afin d’étudier sa phénologie d’infection. L’étude européenne a révélé 13 espèces de trématodes par morphologie, contre 17 signatures génétiques mises en évidence par analyses phylogénétiques. Certaines espèces étaient bien identifiées par morphologie, mais beaucoup présentaient des erreurs ou une diversité inattendue, potentiellement cryptique, en particulier chez les Himasthlidae. Ces résultats soulignent les limites des méthodes morphologiques et suggèrent que des infections inconnues pourraient être plus fréquentes qu’attendu. La base de données générée permet en outre de concevoir des outils moléculaires spécifiques. Une approche ciblée d’ADNe par PCR quantitative (qPCR) a permis de détecter de l’ADN de C. arguinae dans des échantillons d’eau et de fécès. Le gastéropode Bittium reticulatum et l’huitrier-pie (Haematopus ostralegus) ont ainsi été identifiés respectivement comme premier hôte intermédiaire et hôte définitif, élucidant le cycle de vie du parasite. Des expériences ont montré que l’émergence des cercaires dépend fortement de la température, conditionnant la transmission saisonnière aux coques et suggérant une expansion potentielle vers le nord sous l’effet du changement climatique. Enfin, la détection de B. minimus par qPCR et PCR digitale (dPCR) a révélé une prévalence bien plus élevée qu’en microscopie, permettant de décrire pour la première fois la phénologie d’infection dans le Bassin d’Arcachon. Celle-ci est liée à la taille et la maturité des coques ainsi qu’aux migrations saisonnières de l’hôte définitif, le bar européen (Dicentrarchus labrax). Dans l’ensemble, ces travaux démontrent l’intérêt des méthodes moléculaires pour identifier et détecter les trématodes. Les cas étudiés illustrent comment des approches ciblées de type ADNe permettent de détecter des infections particulièrement discrètes ou précoces, et ainsi élucider des cycles de vie et mieux comprendre la phénologie parasitaire. Au-delà des systèmes coques-trématodes étudiés ici, cette thèse souligne comment ces outils améliorent l’évaluation de la prévalence, la distribution et la transmission des parasites, contribuant ainsi à mieux les intégrer dans notre compréhension du fonctionnement des écosystèmes marins.

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Citer

Leslie Stout. Marine parasite diversity : study of cockle-trematode systems and their phenology using an environmental DNA-type approach. Environmental Sciences. Université de Bordeaux, 2025. English. ⟨NNT : 2025BORD0350⟩. ⟨tel-05519188⟩
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