Deciphering the physiological and molecular mechanisms underlying environmental-stress response, in the sea anemone Nematostella vectensis.

Les organismes vivants ont toujours dû faire face à des conditions environnementales difficiles, ce qui a conduit au développement de mécanismes biologiques complexes pour éviter ou limiter les dérégulations fonctionnelles. Les organismes estuariens sont confrontés quotidiennement à un environnement instable qui nécessite de profondes adaptations physiologiques. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans le processus d'acclimatation aux variations environnementales aiguës chez les organismes estuariens tolérants sont mal connus. Dans ce travail de thèse, j'ai exploré les limites de résistance et les ajustements physiologiques nécessaires à l'acclimatation à des changements environnementaux aigus (température, famine, condition pro-oxydante, amputation) chez Nematostella vectensis, une anémone de mer estuarienne tolérante. Mes résultats confirment que N. vectensis est un modèle de thermorésistance et soulignent davantage la tolérance à la privation de nourriture jusqu'à 8 ½ mois. En appliquant une approche de biomarqueurs ciblant l'accumulation de dommages et l'activation des défenses, j'ai identifié que l'acclimatation aux variations de l'environnement (température, condition pro-oxydante) était associée à l'activation des défenses (antioxydantes, apoptose) tandis que l'acclimatation aux variations d'énergie (privation de nourriture) nécessitait un ajustement physiologique (réduction de la taille) et une réduction du métabolisme. Pour mieux comprendre les acteurs moléculaires qui sous-tendent cette plasticité physiologique, j'ai exploré le rôle potentiel d'un gène conservé chez les métazoaires, le facteur de transcription FoxO, et un gène corallien polymorphe associé à la résistance au stress thermique, vps36, impliqué dans le trafic de protéines dirigé vers les endosomes. L'inactivation de ces gènes par CRISPR/Cas9 est toujours en cours, mais la transmission germinale de mutations induisant un décalage de cadre a été détecté, ouvrant la voie à l'établissement de lignées KO et à l'étude du rôle de ces gènes dans la réponse au stress des cnidaires. Dans l'ensemble, ma thèse a adopté une approche de biomarqueurs multi-stress novatrice pour le modèle, a initié le développement de nouveaux outils génétiques et a mis en place un nouveau pipeline d'analyse pour les cnidaires afin de déchiffrer la fonction des gènes et l'influence de leurs variants polymorphes spécifiques à l'environnement sur la résilience aux variations climatiques futures. Pour ce faire, j'ai adapté une approche analytique conceptuelle proche de la médecine personnalisée et je l'ai appliquée à la compréhension des mécanismes adaptatifs chez les cnidaires et, finalement, à la plasticité environnementale, à la régénération extrême et à la longévité étendue des cnidaires.Living organisms have always had to cope with harsh environmental conditions, which led to the development of complex biological mechanisms to avoid or limit functional dysregulation. Estuarine organisms are facing a daily unstable environment that requires profound physiological adaptations, however, the molecular mechanisms involved in the process of acclimatization to acute environmental variations in tolerant estuarine organisms is poorly understood. In this thesis work, I explored resistance limits and physiological adjustments required for acclimation to acute environmental changes (temperature, starvation, pro-oxidant condition, amputation) in Nematostella vectensis, a tolerant estuarine sea anemone. My results confirm N. vectensis as a thermoresistance model and further emphasizes the tolerance to food deprivation up to 8 ½month. Applying a biomarker approach targeting damages accumulation and defenses activation, I identified that the environmentally-driven acclimation (temperature, pro-oxidant condition) was associated with defenses activation (antioxidant, apoptosis) while energy-based acclimation (starvation) required physiological adjustment (size reduction) and metabolic lowering. To gain further insight into the molecular player underlying this physiological plasticity, I explored the potential role of a conserved gene across metazoan, the transcription factor foxo and a polymorphic coral gene associated with thermal stress resistance, the endosomal-directed protein trafficking gene vps36. The CRISPR/Cas9-mediated inactivation of these genes is still under process, but germline transmission of frame-shift inducing mutations has been reported, opening the road for the establishment of KO lines and investigating the role of these genes in cnidarian stress-response. Taken together, my thesis adopted a multi-stress biomarker approach, initiated the development of new genetic tools and set-up a new analysis pipeline for cnidarians to decipher the function of genes and the influence of their environment-specific polymorphic variants on the resilience to future climate variations. To do so, I adapted a conceptual analytical approach close to personalized medicine and applied it to the understanding of adaptive mechanisms in cnidarian and ultimately, environmental plasticity, extreme regeneration, and prolonged lifespan of cnidarian

Étude des mécanismes physiologiques et moléculaires qui sous-tendent la réponse au stress environnemental chez l'anémone de mer Nematostella vectensis.

Living organisms have always had to cope with harsh environmental conditions, which led to the development of complex biological mechanisms to avoid or limit functional dysregulation. Estuarine organisms are facing a daily unstable environment that requires profound physiological adaptations, however, the molecular mechanisms involved in the process of acclimatization to acute environmental variations in tolerant estuarine organisms is poorly understood. In this thesis work, I explored resistance limits and physiological adjustments required for acclimation to acute environmental changes (temperature, starvation, pro-oxidant condition, amputation) in Nematostella vectensis, a tolerant estuarine sea anemone. My results confirm N. vectensis as a thermoresistance model and further emphasizes the tolerance to food deprivation up to 8 ½month. Applying a biomarker approach targeting damages accumulation and defenses activation, I identified that the environmentally-driven acclimation (temperature, pro-oxidant condition) was associated with defenses activation (antioxidant, apoptosis) while energy-based acclimation (starvation) required physiological adjustment (size reduction) and metabolic lowering. To gain further insight into the molecular player underlying this physiological plasticity, I explored the potential role of a conserved gene across metazoan, the transcription factor foxo and a polymorphic coral gene associated with thermal stress resistance, the endosomal-directed protein trafficking gene vps36. The CRISPR/Cas9-mediated inactivation of these genes is still under process, but germline transmission of frame-shift inducing mutations has been reported, opening the road for the establishment of KO lines and investigating the role of these genes in cnidarian stress-response. Taken together, my thesis adopted a multi-stress biomarker approach, initiated the development of new genetic tools and set-up a new analysis pipeline for cnidarians to decipher the function of genes and the influence of their environment-specific polymorphic variants on the resilience to future climate variations. To do so, I adapted a conceptual analytical approach close to personalized medicine and applied it to the understanding of adaptive mechanisms in cnidarian and ultimately, environmental plasticity, extreme regeneration, and prolonged lifespan of cnidarian.Les organismes vivants ont toujours dû faire face à des conditions environnementales difficiles, ce qui a conduit au développement de mécanismes biologiques complexes pour éviter ou limiter les dérégulations fonctionnelles. Les organismes estuariens sont confrontés quotidiennement à un environnement instable qui nécessite de profondes adaptations physiologiques. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans le processus d'acclimatation aux variations environnementales aiguës chez les organismes estuariens tolérants sont mal connus. Dans ce travail de thèse, j'ai exploré les limites de résistance et les ajustements physiologiques nécessaires à l'acclimatation à des changements environnementaux aigus (température, famine, condition pro-oxydante, amputation) chez Nematostella vectensis, une anémone de mer estuarienne tolérante. Mes résultats confirment que N. vectensis est un modèle de thermorésistance et soulignent davantage la tolérance à la privation de nourriture jusqu'à 8 ½ mois. En appliquant une approche de biomarqueurs ciblant l'accumulation de dommages et l'activation des défenses, j'ai identifié que l'acclimatation aux variations de l'environnement (température, condition pro-oxydante) était associée à l'activation des défenses (antioxydantes, apoptose) tandis que l'acclimatation aux variations d'énergie (privation de nourriture) nécessitait un ajustement physiologique (réduction de la taille) et une réduction du métabolisme. Pour mieux comprendre les acteurs moléculaires qui sous-tendent cette plasticité physiologique, j'ai exploré le rôle potentiel d'un gène conservé chez les métazoaires, le facteur de transcription FoxO, et un gène corallien polymorphe associé à la résistance au stress thermique, vps36, impliqué dans le trafic de protéines dirigé vers les endosomes. L'inactivation de ces gènes par CRISPR/Cas9 est toujours en cours, mais la transmission germinale de mutations induisant un décalage de cadre a été détecté, ouvrant la voie à l'établissement de lignées KO et à l'étude du rôle de ces gènes dans la réponse au stress des cnidaires. Dans l'ensemble, ma thèse a adopté une approche de biomarqueurs multi-stress novatrice pour le modèle, a initié le développement de nouveaux outils génétiques et a mis en place un nouveau pipeline d'analyse pour les cnidaires afin de déchiffrer la fonction des gènes et l'influence de leurs variants polymorphes spécifiques à l'environnement sur la résilience aux variations climatiques futures. Pour ce faire, j'ai adapté une approche analytique conceptuelle proche de la médecine personnalisée et je l'ai appliquée à la compréhension des mécanismes adaptatifs chez les cnidaires et, finalement, à la plasticité environnementale, à la régénération extrême et à la longévité étendue des cnidaires

Évaluation d'algorithmes d'ordonnancement par simulation réaliste

La diversité des plateformes de calcul à haute performance ne fait qu'augmenter. Le gestion-naire de ressources et de tâches (ou RJMS pour Resources and Jobs Management Systems) est res-ponsable d'ordonnancer les tâches (applications souvent parallèles et distribuées) sur ce type de plateformes. Un ordonnancement mal maîtrisé peut dégrader significativement les performances des applications. Dans ce contexte, étudier et valider des RJMS ainsi que des algo-rithmes d'ordonnancement est un réel défi. Dans cet article nous présentons le logiciel Batsim, un simulateur d'infrastructure qui permet la simulation réaliste d'applications et l'étude de RJMS pour de nombreux problèmes. Nous validons notre approche en montrant que la prise en compte de la localité dans l'algorithme d'ordonnancement peut avoir un impact majeur sur les applications. Ce phénomène, ainsi que de nombreux autres, ne peuvent être observés qu'avec des modèles d'applications (et de plateformes) sensibles au contexte d'exécution

Comment rater la reproductibilité de ses expériences ?

International audienceLa communauté informatique commence doucement à se préoccuper des problèmes de reproductibilité de ses expériences. Le nombre de contributions sous le label "reproductibilité" est en croissance et des conférences demandent maintenant une évaluation des artéfacts par les pairs. Cependant, nous pensons que les problématiques qui y sont adressées ne sont que partiellement comprises ou utiles à la cause. La contribution principale de ce papier est l'exposition des imperfections en termes de reproductibilité des pratiques actuelles et des outils usuels pour la mise en place d'un environnement logiciel pour une expérience. Nous présentons ensuite une méthodologie se basant sur des gestionnaires de paquets fonctionnels pour favoriser une bonne reproductibilité de l'environnement logiciel

Comment rater la reproductibilité de ses expériences ?

International audienceLa communauté informatique commence doucement à se préoccuper des problèmes de reproductibilité de ses expériences. Le nombre de contributions sous le label "reproductibilité" est en croissance et des conférences demandent maintenant une évaluation des artéfacts par les pairs. Cependant, nous pensons que les problématiques qui y sont adressées ne sont que partiellement comprises ou utiles à la cause. La contribution principale de ce papier est l'exposition des imperfections en termes de reproductibilité des pratiques actuelles et des outils usuels pour la mise en place d'un environnement logiciel pour une expérience. Nous présentons ensuite une méthodologie se basant sur des gestionnaires de paquets fonctionnels pour favoriser une bonne reproductibilité de l'environnement logiciel

Comment rater la reproductibilité de ses expériences ?

International audienceLa communauté informatique commence doucement à se préoccuper des problèmes de reproductibilité de ses expériences. Le nombre de contributions sous le label "reproductibilité" est en croissance et des conférences demandent maintenant une évaluation des artéfacts par les pairs. Cependant, nous pensons que les problématiques qui y sont adressées ne sont que partiellement comprises ou utiles à la cause. La contribution principale de ce papier est l'exposition des imperfections en termes de reproductibilité des pratiques actuelles et des outils usuels pour la mise en place d'un environnement logiciel pour une expérience. Nous présentons ensuite une méthodologie se basant sur des gestionnaires de paquets fonctionnels pour favoriser une bonne reproductibilité de l'environnement logiciel

Seasonal Variations in the Biodiversity, Ecological Strategy, and Specialization of Diatoms and Copepods in a Coastal System With Phaeocystis Blooms: The Key Role of Trait Trade-Offs

Although eutrophication induced by anthropogenic nutrient enrichment is a driver of shifts in community composition and eventually a threat to marine biodiversity, the causes and consequences on ecosystem functioning remain greatly unknown. In this study, by applying a trait-based approach and measuring niche breadth of diatoms and copepods, the drivers and underlying mechanisms of the seasonal species succession of these ecological communities in a coastal system dominated in spring by Phaeocystis blooms were explored. It is suggested that the seasonal succession of diatoms and copepods is the result of several trade-offs among functional traits that are controlled by the seasonal abiotic and biotic pressure encountered by the plankton communities. The results of this study highlight that a trade-off between competition and predator, i.e., weak competitors are better protected against predation, plays an important role in promoting plankton species richness and triggers the Phaeocystis bloom. As often observed in eutrophicated ecosystems, only the biotic homogenization of the copepod community and the shift in the diet of copepods toward Phaeocystis detrital materials have been detected during the Phaeocystis bloom. The diatom and copepod communities respond synchronously to fluctuating resources and biotic conditions by successively selecting species with specific traits. This study confirms the key role of competition and predation in controlling annual plankton succession

Different environmental response strategies in sympatric corals from Pacific Islands

Coral reefs are severely threatened by global and local environmental changes. However, susceptibility to perturbations and subsequent mortality varies among coral species. In this study, we tested the contribution of genetic and environmental conditions to coral’s phenotypic response in Pocillopora spp. and Porites spp. sampled together at a large ecological and temporal scale throughout the Pacific Ocean. We assessed coral phenotype signatures using a multi-biomarker approach (animal and symbiont biomasses, protein carbonylation and ubiquitination and total antioxidant capacities). In both genera, we highlighted a strong anticorrelation between the redox state and the animal and symbiont biomasses. In addition, Pocillopora exhibited high phenotypic plasticity, responding to various environmental variables such as temperature, nutrients, phosphate, and carbonate chemistry. In contrast, Porites displayed more robust phenotypes influenced by both genetics and past climate events. In conclusion, co-located coral species display different phenotypic response strategies that are influenced by different environmental conditions.publishe

Multiple phytoplankton community responses to environmental change in a temperate coastal system: A trait-based approach

The effect of environmental change in structuring the phytoplankton communities of the coastal waters of the Eastern English Channel was investigated by applying a trait-based approach on two decades (1996-2019) of monitoring on diatoms and Phaeocystis. We show that phytoplankton species richness in an unbalanced nutrient supply context was influenced by wind-driven processes, ecological specialization for dissolved inorganic phosphorous, temporal niche differentiation, and a competition-defense and/or a growth-defense trade-off, a coexistence mechanism where weak competitors (i.e., slower growing) are better protected against predation. Under the influence of both environmental perturbations (e.g., wind-driven processes, freshwater influence, unbalanced nutrient levels) and biotic interactions (e.g., competition, predation, facilitation), phytoplankton species exhibited specific survival strategies such as investment on growth, adaptation and tolerance of species to environmental stresses, silicification and resource specialization. These strategies have led to more speciose communities, higher productivity, functional redundancy and stability in the last decade. Our results revealed that the unbalanced nutrient reduction facilitated Phaeocystis blooms and that anthropogenic climate warming and nitrate reduction may threaten the diatom communities of the eastern English Channel in a near future. Our results provide strong support for biogeographical historical and niche-based processes in structuring the phytoplankton community in this temperate region. The variety of species responses that we characterized in this region may help to better understand future changes in pelagic ecosystems, and can serve as a basis to consider functional approaches for future ecosystem management

Different environmental response strategies in sympatric corals from Pacific Islands

Coral reefs are severely threatened by global and local environmental changes. However, susceptibility to perturbations and subsequent mortality varies among coral species. In this study, we tested the contribution of genetic and environmental conditions to coral’s phenotypic response in Pocillopora spp. and Porites spp. sampled together at a large ecological and temporal scale throughout the Pacific Ocean. We assessed coral phenotype signatures using a multi-biomarker approach (animal and symbiont biomasses, protein carbonylation and ubiquitination and total antioxidant capacities). In both genera, we highlighted a strong anticorrelation between the redox state and the animal and symbiont biomasses. In addition, Pocillopora exhibited high phenotypic plasticity, responding to various environmental variables such as temperature, nutrients, phosphate, and carbonate chemistry. In contrast, Porites displayed more robust phenotypes influenced by both genetics and past climate events. In conclusion, co-located coral species display different phenotypic response strategies that are influenced by different environmental conditions.ISSN:2662-443