McGill University
Candidat Ph.D.
superviseur(e): Rowan Barrett
Sean Connolly, Smithsonian Tropical Research Institute (STRI)
Début: 2019-09-03
Fin: 2024-12-02
Page personnelle

Projet

La dynamique hôte-microbiome influence la thermotolérance des holobiontes cnidaires
Comprendre les mécanismes qui sous-tendent les réponses des organismes au stress environnemental est une quête de longue date en biologie évolutive, mais le changement climatique anthropogénique a changé cet intérêt à un impératif. De plus en plus, l'importance des interactions entre un hôte et ses micro-organismes ("microbiome") est reconnue pour aider la résilience des espèces aux changements environnementaux. La théorie de l'holobionte est apparue en réponse à ce domaine en pleine évolution, soutenant qu'un hôte et son microbiome constituent une unité soumise à la sélection, ayant un impact réciproque sur le développement, la condition physique et l'évolution de chacun. Dans cette thèse, j'explore ces interactions sous l'angle de l'holobionte en utilisant le corail Pocillopora qui construit les récifs et l'anémone de mer Aiptasia comme organismes modèles. Dans le Chapitre 1, j'étudie comment les facteurs environnementaux et géographiques structurent les symbioses algales Symbiodiniaceae des coraux Pocillopora dans l'Indo-Pacifique. En analysant les données publiques disponibles pour ces symbioses, la température de surface de la mer est apparue comme le principal moteur des différences entre les communautés d'algues, avec un effet secondaire de l'isolement géographique. Ma méta-analyse est l'une des rares études à explorer explicitement les holobiontes coralliens d'un point de vue biogéographique, ce qui renforce l'hypothèse que les symbiotes algaux peuvent être impliqués dans la tolérance thermale de l'hôte corallien. Dans le Chapitre 2, je me concentre sur les récifs coralliens de Pocillopora dans le Pacifique tropical oriental (PTO) du Panama afin d'évaluer comment la remontée saisonnière des eaux influence les configurations hôte-microbiome et la résistance des holobiontes à l'augmentation des températures de l'eau. Pour ce faire, j'ai étudié les colonies in situ et les ai soumises à un test thermique nommé Coral Bleaching Automated Stress System (CBASS). Contrairement aux attentes, j'ai observé peu de différenciation génétique des hôtes entre les régimes de remontée d'eau, mais il y avait des signatures de sélection divergente sur des gènes dont les fonctions avaient déjà été impliquées dans le blanchiment. Au cours de la CBASS, la lignée génétique, la région et la température ont collectivement contribué aux ajustements de symbiotes d'algues en réponse au stress thermique. Ce modèle de symbiotes algaux contraste fortement avec la dysbiose induite par la température pour la communauté procaryote. En outre, les coraux soumis à une remontée d'eau saisonnière ont connu des conditions de base plus stressantes, ce qui peut contribuer à leurs seuils thermiques prédits plus élevés. Mon approche holobionte révèle comment les mécanismes d'adaptation et d'acclimatation des coraux sont potentiellement affectés par la remontée d'eau, fournissant de nouvelles informations sur comment les réponses de l'hôte et du microbiome ont un impact synergique sur la résilience au changement climatique. Dans le Chapitre 3, je m'appuie sur les résultats du Chapitre 2 en utilisant l'anémone de mer Aiptasia comme modèle pour les coraux. J'ai étudié l'impact de la sensibilité thermique du symbiote algal sur la dynamique procaryotique en soumettant des lignées clonales d'Aiptasia hébergeant une algue tolérante ou sensible à un test de stress thermique qui déclenche le blanchiment. J'ai découvert que la souche d'algue était l’agent primaire du microbiome procaryote de l'Aiptasia, et des taxons procaryotes pourraient être des indicateurs potentiels d'une résilience améliorée ou réduite au blanchiment. De plus, je propose qu'une variance soutenue de la communauté, par opposition à une variance accrue en fonction de la température, puisse être caractéristique d'holobiontes cnidaires plus sensibles à la température. Mon travail est le premier à contrôler explicitement la lignée génétique de l'hôte Aiptasia dans la caractérisation de la dynamique de la communauté procaryote en cas de stress thermique, soulignant comment la dynamique des algues et des procaryotes peut aboutir à des trajectoires de blanchissement différentes. Collectivement, ma thèse montre que l'hôte et son microbiome ne sont pas seulement une unité soumise à la sélection, mais aussi une unité qui réagit collectivement au changement climatique. En étudiant les coraux et les anémones de mer, l'approche holobionte de mon travail souligne que l'influence des micro-organismes sur l'écologie et l'évolution des organismes peut révéler de nouvelles perspectives sur les facteurs qui contribuent à la résilience climatique.

Mots-clés

metagenomics, genomics, adaptation, Coral reefs, Microbiome, thermotolerance, climate change

Publications

1- Interactive effects of multiscale diversification practices on farmland bird stress
Olimpi, Elissa M., Hallie Daly, Karina Garcia, Victoria M. Glynn, David J. Gonthier, Claire Kremen, Leithen K. M'Gonigle, Daniel S. Karp
2022 Conservation Biology

2- Environmental and geographical factors structure cauliflower coral's algal symbioses across the Indo‐Pacific
Glynn, Victoria M., Steven V. Vollmer, David I. Kline, Rowan D. H. Barrett
2023 Journal of Biogeography

3- Engineering Kluyveromyces marxianus as a Robust Synthetic Biology Platform Host
Cernak, Paul, Raissa Estrela, Snigdha Poddar, Jeffrey M. Skerker, Ya-Fang Cheng, Annika K. Carlson, Berling Chen, Victoria M. Glynn, Monique Furlan, Owen W. Ryan, Marie K. Donnelly, Adam P. Arkin, John W. Taylor, Jamie H. D. Cate,
2018 mBio

4- Harnessing open science practices to teach ecology and evolutionary biology using interactive tutorials
Griffith, Jory E., Elizabeth Houghton, Margaret A. Slein, Maxime Fraser Franco, Jhoan Chávez, Amy B. Forsythe, Victoria M. Glynn, Egor Katkov, Kirsten M. Palmier, Zihaohan Sang, Rolando Trejo‐Pérez, Bryn Wiley, Jennifer M. Sunday, Joey R. Bernhardt
2024 Ecology and Evolution