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Gene expression plasticity and frontloading promote thermotolerance in Pocillopora corals

Authors :
Oliver Rey
François Bonhomme
Guillaume Mitta
Anne Haguenauer
K. Brener-Raffalli
Marine Pratlong
Pauline Gélin
Pierre Pontarotti
Didier Aurelle
Mehdi Adjeroud
L. Feuillassier
Eve Toulza
Michel R. Claereboudt
Hélène Magalon
Jeremie Vidal-Dupiol
Pascal Romans
Rémi Pillot
Interactions Hôtes-Pathogènes-Environnements (IHPE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Laboratoire d'Excellence CORAIL (LabEX CORAIL)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université des Antilles et de la Guyane (UAG)-École des hautes études en sciences sociales (EHESS)-École pratique des hautes études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de La Réunion (UR)-Université de la Polynésie Française (UPF)-Université de la Nouvelle-Calédonie (UNC)-Institut d'écologie et environnement-Université des Antilles (UA)
Ecologie marine tropicale des océans Pacifique et Indien (ENTROPIE [Perpignan])
Observatoire océanologique de Banyuls (OOB)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (UMR ISEM)
École pratique des hautes études (EPHE)
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Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE)
Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UMR237-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Microbes évolution phylogénie et infections (MEPHI)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Sultan Qaboos University (SQU)
Ecologie marine tropicale dans les Océans Pacifique et Indien (ENTROPIE [Réunion])
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut méditerranéen d'océanologie (MIO)
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Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité (ISYEB )
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-École Pratique des Hautes Études (EPHE)
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ANR-12-ADAP-0016,ADACNI,Processus adaptatifs chez les cnidaires: étude intégrative de la réponse au stress thermique et au changement climatique, des gènes aux populations(2012)
Source :
Peer Community Journal. Section: Ecology (2804-3871) (Centre Mersenne), 2022-02-02, Vol. 2, P. e13 (26p.), Peer Community Journal, Peer Community Journal, 2022, 2, pp.e13. ⟨10.24072/pcjournal.79⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
Cold Spring Harbor Laboratory, 2018.

Abstract

Ecosystems worldwide are suffering from climate change. Coral reef ecosystems are globally threatened by increasing sea surface temperatures. However, gene expression plasticity provides the potential for organisms to respond rapidly and effectively to environmental changes, and would be favored in variable environments. In this study, we investigated the thermal stress response in Pocillopora coral colonies from two contrasting environments by exposing them to heat stress. We compared the physiological state, bacterial and Symbionaceae communities (using 16S and ITS2 metabarcoding), and gene expression levels (using RNA-Seq) between control conditions and heat stress (the temperature just below the first signs of compromised health). Colonies from both thermal regimes remained apparently normal and presented open and colored polyps during heat stress, with no change in bacterial and Symbionaceae community composition. In contrast, they differed in their transcriptomic responses. The colonies from Oman displayed a more plastic transcriptome, but some genes had a higher basal expression level (frontloading) compared to the less thermotolerant colonies from New Caledonia. In terms of biological functions, we observed an increase in the expression of stress response genes (including induction of tumor necrosis factor receptors, heat shock proteins, and detoxification of reactive oxygen species), together with a decrease in the expression of genes involved in morpho-anatomical functions. Gene regulation (transcription factors, mobile elements, histone modifications and DNA methylation) appeared to be overrepresented in the Oman colonies, indicating possible epigenetic regulation. These results show that transcriptomic plasticity and frontloading can be co-occurring processes in corals confronted to highly variable thermal regimes.

Details

ISSN :
28043871
Database :
OpenAIRE
Journal :
Peer Community Journal. Section: Ecology (2804-3871) (Centre Mersenne), 2022-02-02, Vol. 2, P. e13 (26p.), Peer Community Journal, Peer Community Journal, 2022, 2, pp.e13. ⟨10.24072/pcjournal.79⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....c7aa4ea9ed5243f94ee092c46d11c7a9
Full Text :
https://doi.org/10.1101/398602