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In the context of global warming, coral reefs are experiencing thermal stresses which are becoming more frequent and intense. In order to get a better understanding of the mechanisms of coral thermo­tolerance, I developed an integrative approach on the coral holobiont (meta­ organism composed of the coral host, its symbiotic algae and microbiota). For this, I performed an ecologically realistic thermal stress experiment on a coral species, Pocillopora damicornis. This species is widespread in the Indo­Pacific area. I compared the response of two populations whose thermotolerance is different since they are subjected to contrasting thermal regimes. I analyzed, for each of them, the response of the coral host (by RNAseq), as well as the structure and changes in the algal and bacterial microbiota (by metabarcoding). The results show that,while the structure of the microbiota is not influenced by stress, coral responds very differently depending on the population studied. The population from a more fluctuating environment displays a more effective and more plastic response, probably thanks to the involvement of epigenetic mechanisms. Another study carried out on different populations of P. damicornisshowed that the composition of the microbiota is influenced by the host genome and the thermal regime. One of the clades of the symbiotic algae, known to improve the heat­tolerance of the coral host, appears more sensitive to low temperatures than the others.; Dans le contexte du réchauffement climatique, les récifs coralliens subissent des stress thermiques de plus en plus fréquents et intenses. Dans le but de mieux comprendre les mécanismes de la thermo­tolérance des coraux, j’ai développé une approche intégrative sur l’holobionte corallien (méta­organisme composé de l’hôte corallien, son algue symbiotique etson microbiote). Pour cela, j’ai réalisé une expérience de stress thermique écologiquement réaliste sur une espèce de corail, Pocillopora damicornis. Cette espèce étant présente dans l’ensemble de l’Indo­Pacifique, j’ai pu comparer la réponse de deux populations dont la thermotolérance est différente puisqu’elles sont soumises à des régimes thermiques contrastés. J’ai analysé, pour chacune d’entre­elles, la réponse de l’hôte corallien (par RNAseq), ainsi que la structure et les changements au niveau des microbiotes algaux et bactériens (par métabarcoding). Les résultats obtenus montrent qu’alors que la structure du microbiote n’est pas influencée par le stress, le corail y répond de façon très différente selon la population étudiée. La population issue d’un environnement plus fluctuant met en place une réponse plus efficace et plus plastique, probablement grâce à l’intervention de mécanismes épigénétiques. Une autre étude réalisée sur différentes populations de P. damicornis dans le cadre de cette thèse montre que la composition du microbiote est influencée par le génome de l’hôte ainsi que par le régime thermique. Un des clades de l’algue symbiotique connu pour améliorer la thermo­ tolérance de l’hôte corallien semble plus sensible aux basses températures que les autres.

In the context of global warming, coral reefs are experiencing thermal stresses which are becoming more frequent and intense. In order to get a better understanding of the mechanisms of coral thermo­tolerance, I developed an integrative approach on the coral holobiont (meta­ organism composed of the coral host, its symbiotic algae and microbiota). For this, I performed an ecologically realistic thermal stress experiment on a coral species, Pocillopora damicornis. This species is widespread in the Indo­Pacific area. I compared the response of two populations whose thermotolerance is different since they are subjected to contrasting thermal regimes. I analyzed, for each of them, the response of the coral host (by RNAseq), as well as the structure and changes in the algal and bacterial microbiota (by metabarcoding). The results show that,while the structure of the microbiota is not influenced by stress, coral responds very differently depending on the population studied. The population from a more fluctuating environment displays a more effective and more plastic response, probably thanks to the involvement of epigenetic mechanisms. Another study carried out on different populations of P. damicornisshowed that the composition of the microbiota is influenced by the host genome and the thermal regime. One of the clades of the symbiotic algae, known to improve the heat­tolerance of the coral host, appears more sensitive to low temperatures than the others.; Dans le contexte du réchauffement climatique, les récifs coralliens subissent des stress thermiques de plus en plus fréquents et intenses. Dans le but de mieux comprendre les mécanismes de la thermo­tolérance des coraux, j’ai développé une approche intégrative sur l’holobionte corallien (méta­organisme composé de l’hôte corallien, son algue symbiotique etson microbiote). Pour cela, j’ai réalisé une expérience de stress thermique écologiquement réaliste sur une espèce de corail, Pocillopora damicornis. Cette espèce étant présente dans l’ensemble de l’Indo­Pacifique, j’ai pu comparer la réponse de deux populations dont la thermotolérance est différente puisqu’elles sont soumises à des régimes thermiques contrastés. J’ai analysé, pour chacune d’entre­elles, la réponse de l’hôte corallien (par RNAseq), ainsi que la structure et les changements au niveau des microbiotes algaux et bactériens (par métabarcoding). Les résultats obtenus montrent qu’alors que la structure du microbiote n’est pas influencée par le stress, le corail y répond de façon très différente selon la population étudiée. La population issue d’un environnement plus fluctuant met en place une réponse plus efficace et plus plastique, probablement grâce à l’intervention de mécanismes épigénétiques. Une autre étude réalisée sur différentes populations de P. damicornis dans le cadre de cette thèse montre que la composition du microbiote est influencée par le génome de l’hôte ainsi que par le régime thermique. Un des clades de l’algue symbiotique connu pour améliorer la thermo­ tolérance de l’hôte corallien semble plus sensible aux basses températures que les autres.

The trophic endosymbiosis interaction between a cnidarian host and its photosynthetic dinoflagellatessymbionts form the basis of coral reef ecosystems. Cnidarians host their symbionts in gastrodermis cells, in a phagocytosis-derived vacuole. Establishment and maintenance of the symbiotic interaction depend on an intimate molecular communication between the two partners. However, environmental and/or anthropogenic disturbances can lead to the breakdown of the symbiotic association, which is responsible for the worldwide decline of coral reefs. The main objectives of my research project are to improve the knowledge regarding symbiosis maintenance and disruption mechanisms, but also to define the molecular key players involved at the symbiotic interface in the sea anemone, Anemonia viridis. First, we have described the cellular mechanisms involved in the different types of symbiosis breackdown. Meanwhile, the characterization of npc1 and npc2 genes (involved in endosomal sterol transport), showed a duplication and a sub-functionalization of the npc2d gene. Both NPC1 and NPC2 proteins are expressed around symbionts. We therefore suggest that the duplicated protein NPC2-d is a biomarker of symbiosis health and that NPC1 protein is a marker of the perisymbiotic membrane. We then developed a protocol to characterize the proteome of the symbiotic interface between the two symbiotic partners. The newly-identified symbiotic key players will increase the general knowledge on the symbiotic interaction and its regulation during both stable and bleaching conditions.; L’endosymbiose trophique établie entre un hôte Cnidaire et ses symbiotes Dinoflagellés photosynthétiques est à l’origine du succès évolutif des écosystèmes coralliens. Les symbiotes sont internalisés par un mécanisme de phagocytose et maintenus dans les cellules du gastroderme de l'hôte. La symbiose est régie par un dialogue moléculaire intime entre les deux partenaires, interrompu lors de perturbations environnementales ou anthropiques, responsables du déclin mondial des récifs coralliens. Les objectifs de mon projet de recherche sont de définir les acteurs moléculaires localisés à l’interface symbiotique chez l’anémone de mer, Anemonia viridis. Premièrement, nous avons étudié les mécanismes cellulaires impliqués dans différents types de rupture de la symbiose et mis en évidence des phénomènes d’apoptose, nécrose et symbiophagie. Parallèlement, nous avons caractérisé chez l’anémone les gènes npc1 et npc2, impliqués chez les vertébrés dans le transport endosomal de stérols, et dont l’expression est modulée par l’état symbiotique. Nous avons pu montrer que le gène npc2d est issus d’une duplication et vraisemblablement d’une sub-fonctionnalisation et que les protéines NPC1 et NPC2 sont exprimées au voisinage des symbiotes. Nous proposons donc que la protéine NPC2-d soit utilisée comme marqueur de l’état de santé des Anthozoaires symbiotiques et que la protéine NPC1 soit un marqueur de la membrane périsymbiotique. Nous avons également développé un protocole afin d’identifier les protéines associées à l’interface symbiotique entre les deux partenaires. A terme, les cibles identifiées permettront une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent la relation symbiotique.

Corals live in symbiosis with dinoflagellate algae of the genus Symbiodinium, divided into 9 clades (A to I). The same host can harbour one or more of these clades depending on the environmental context. This lead to the suggestion that each clade has its unique physiological property. Therefore the capacity of flexibility and acquisition of clades may be an issue for the survival of the holobiont against various stresses. In this thesis, these capacities have been explored in several coral species, described with various flexibilities and sensitivities facing different environmental conditions. The diversity and dynamics of Symbiodinium communities associated to corals were estimated by using the real-time PCR technique, and evaluated in different environmental contexts : natural, in an 18-month spatio-temporal survey around Moorea, or controlled, upon incubation with different pCO2. Some corals showed the ability to host up to 3 or 4 distinct clades, leading to a reconsideration of the specialist-concept (i.e. host associated with one symbiont type). Nevertheless, depending on the coral host, ‘symbiotic signature’ regulations have been revealed. Latter are characterized by specific clade combination profils, which are stable and sustainable. In addition, sporadic changes by switching and shuffling, were observed in a given profil, regardless of a given environmental context, suggesting the dynamics as an constitutive mechanism in corals. However, records of coral disease together with Vibrio spp outbreaks, suggested an active participation of clade D for the ‘fitness’ of the coral host., Les coraux vivent en association symbiotique avec des algues dinoflagellées du genre Symbiodinium, distinguées en différents clades (A à I). Un même hôte peut abriter seul ou plusieurs de ces clades, a priori dépendant d’un contexte environnemental, suggérant qu’ils possèdent des propriétés physiologiques distinctes. Ainsi, les capacités de flexibilité et d’acquisition de clades pourraient être une issue pour la survie de l’holobionte face à divers stress. Dans le cadre de cette thèse, ces capacités ont été explorées chez plusieurs espèces coralliennes, décrites avec différentes flexibilités et sensibilités aux conditions environnementales. La diversité et la dynamique des communautés de Symbiodinium associées aux coraux ont été estimées à l’aide de la technique de PCR en temps réel et évaluées dans différents contextes environnementaux: naturels, lors d’un suivi spatio-temporel de 18 mois à Moorea, ou contrôlés, lors d'une incubation à différentes pCO2. Les coraux ont montré la possibilité d’héberger jusqu’à 3 ou 4 clades distincts, reconsidérant la notion de spécialiste (i.e. symbionte unique). Néanmoins, propre à l’hôte corallien, il a été mis en évidence la régulation de ‘signatures symbiotiques’ caractérisées par des profils particuliers d’association de clades, stables et durables. Des modifications sporadiques de ces profils, par switching et shuffling ont put être observées, indépendamment d’un contexte environnemental donné, suggérant la dynamique comme un mécanisme constitutif chez les coraux. Néanmoins, en cas de d’apparition d’épizooties de Vibrio spp. et d’une maladie corallienne il est suggéré que le clade D participe activement au ‘fitness’ de leur hôte.