Caractérisation des gènes de réponse aux stress environnementaux chez les crabes hydrothermaux Projet : Etude des gènes exprimés en conditions stressantes chez les crustacés (Transcriptome, Protéome) Vincent Leignel, Moreau B., Marchand J., Cibois M., Chénais B. Laboratoire Biologie et Génétique Évolutive, Université du Maine

Le milieu hydrothermal 1. Fort gradient de température (2°C – 350°C) 5. Forte pression 4. Concentrations irrégulières en oxygène 2. Fortes concentrations de métaux essentiels et lourds conditions particulières 6. Faible pH … 3. Fortes concentrations d’éléments chimiques (Van Dover, 2001; Sarradin et al., 1999)

La faune hydrothermale EPR MAR N-EPR GB GSC SWP NWP NA RS M Faune hydrothermale diversifiée 712 espèces décrites (373 genres, 185 familles) Taux d’endémisme : 83,4% (Giere et al., 2003; Wolff, 2005) Février 1977 à -2500 m sur la ride des Galápagos Découverte de la communauté animale hydrothermale Stress multiples 1. Fort gradient de température (2°C – 350°C) 5. Forte pression 4. Concentrations irrégulières en oxygène 2. Fortes concentrations de métaux essentiels et lourds conditions particulières 6. Faible pH… 3. Fortes concentrations d’éléments chimiques Altération de l’ADN (Pruski & Dixon, 2003) Altération des mécanismes enzymatiques (Hartwig, 1998) Production de radicaux libres oxygénés accrue (Tapley et al., 1999) La faune hydrothermale possède-t-elle des adaptations particulières ?

Les crabes observés sur les sites hydrothermaux Epialtidae MacLeay, 1838 (NZ) Geryonidae Colosi, 1923 (MAR) Goneplacidae MacLeay, 1838 (NZ) Homolidae De Haan, 1839 (MAR) Majidae Samouelle, 1819 (NZ) Ocypodidae Rafinesque, 1815 (NZ) Parthenopidae MacLeay, 1838 (NZ) Portunidae Rafinesque, 1815 (MAR) opportunistes endémique Bythograeidae Williams, 1980 Strictement endémique aux sites hydrothermaux Allograea Guinot, Hurtado & Vrijenhoek, 2002 (1 espèce), Austinograea Hessler & Martin, 1989 (4 espèces), Bythograea Williams, 1980 (6 espèces), Cyanagraea De Saint Laurent, 1984 (1 espèce), Segonzacia Guinot, 1989 (1 espèce). 17 X 30 mm (Bythograea microps) < taille < 70 X 123 mm (Cyanagraea praedator)

Les métallothionéines (MT) des crabes hydrothermaux protéine de faible poids moléculaire (6-7 kDa), riche en cystéines (30%) exempte d’acides aminés aromatiques (Kagï, 1993) Synthèse induite par de multiples facteurs (métaux, oxydants…) (Bauman et al., 1991; Hamer, 1986) Régulation des métaux essentiels et détoxication des métaux lourds (Bauman et al., 1993) Protection contre le stress oxydant (Baird et al., 2006; Viarengo et al., 2000; Chubatsu & Meneghini, 1993) rôles Dosage Les crabes hydrothermaux présentent le plus fort taux de MT (Kàdar et al., 2007; Cosson et Vivier, 1997) Particularité structurale des métallothionéines des crabes hydrothermaux ?

Les métallothionéines (MT) des crabes hydrothermaux Métallothionéines de bivalves hydrothermaux = gènes sans intron (Leignel & Laulier, 2006; Leignel et al., 2005) 22 bp 78 bp 77 bp Intron I: 1087 bp Intron II: 323 bp Intron I: 1108 bp Intron II: 285 bp Intron I: 1146 bp Intron II: 301 bp Bythograea thermydron (AM743081) Segonzacia mesatlantica (AM743082) Cyanagraea praedator (AM743083) Intron I: 576 bp Intron II: 603 bp Carcinus maenas (AF196974) Intron I: 2206 bp Intron II: 346 bp Homarus americanus (AJ251112) (GTGAGACA---GAGTTTGTTTACCTTcCAG) (GTGAGTAT---TGCTTTAG) Gènes de métallothionéine (Mt) (Leignel et al., soumise) Gènes de métallothionéines des crabes hydrothermaux avec intron

Les métallothionéines (MT) des crabes hydrothermaux bb domain ba domain Bythograea thermydron (1) Bythograea thermydron (2) Cancer pagurus Dromia personata Pachygrapsus marmoratus Cyanagraea praedator (1) Cyanagraea praedator (2) Segonzacia mesatlantica (1) Segonzacia mesatlantica (2) Carcinus maenas MT1b Carcinus maenas Carcinus maenas MTb Necora puber Eriocheir sinensis Portunus pelagicus Scylla serrata Scylla serrata MT2 Callinectes sapidus MTIIa (1) Callinectes sapidus MTIIa (2) Maïa squinado Callinectes sapidus MT1a Portunidae Varunidae Majidae Bythograeidae Grapsidae Cancridae Dromiidae (Leignel et al., soumise) Métallothionéines des crabes hydrothermaux ~ similaires aux MT crabes

Les Heat Shock Protein 70 kDa (HSP70) des crabes hydrothermaux protéine de fort poids moléculaire (70 kDa), avec deux domaines (ATPase et région de liaison) Synthèse induite par de multiples facteurs (choc thermique, métaux, oxydants…) (Spees et al., 2002; Pedersen & Lundebye, 1996; Sanders & Martin, 1993) Conformations structurales des protéines néoformées ou dénaturées (Mayer & Bukau, 2005; Gullo & Teoh, 2004) rôle Particularité structurale des HSP70 des crabes hydrothermaux ?

HSP70 des crabes hydrothermaux ~ HSP70 Xanthidae 75 150 Motif 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bythograeidae Xanthidae Motif 2 225 Motif NLS 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bythograeidae Motif 3 375 450 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 HSP70 des crabes hydrothermaux ~ HSP70 Xanthidae Bythograeidae 525 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bythograeidae EEVD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 HSP70 Bythograeidae (Leignel et al., 2007)

Les Heat Shock Protein 70 kDa (HSP70) des crabes hydrothermaux Bythograeidae Xanthidae New HSP crab HSP crustacés crabes, crevettes, homard … Arbre de maximum de parcimonie basé sur la protéine HSC70/HSP70, utilisant Gblocks and PAUP*. (Leignel et al., 2007)

Conclusions et Perspectives Particularisme génique des crabes hydrothermaux ? Métallothionéines de Bythograeidés peu spécifiques HSP70 particulières mais similaires aux Xanthidés Perspective : Caractérisation d’autres gènes intervenant dans les processus de défense (SOD…) Particularisme d’expression de gènes des crabes hydrothermaux ? Difficulté des expérimentations sur les organismes hydrothermaux (Incubateur Pressurisé pour l'Observation et la Culture d'Animaux Marins Profonds) Perspective : Expérimentations sur les Xanthidae littoraux (HSP70, QPCR) Perspective : Transcriptome sur crevettes littorales (cDNA AFLP)

Laboratoire Biologie et Génétique Évolutive, Université du Maine Merci de votre attention Vincent Leignel Laboratoire Biologie et Génétique Évolutive, Université du Maine

Bythograeidae Williams, 1980 Austinograea alayseae Guinot, 1990 (SWP) Austinograea rodriguezensis Tsuchida & Hashimoto, 2002 (RTJ) Austinograea williamsi Hessler & Martin, 1989 (NWP) Austinograea yunohana Takeda, Hashimoto & Ohta, 2000 Bythograea thermydron Williams, 1980 (EPR, GSC) Bythograea galapagensis Guinot & Hurtado, 2003 Bythograea intermedia De Saint Laurent, 1988 Bythograea laubieri Guinot & Segonzac, 1997 (EPR) Bythograea microps De Saint Laurent, 1984 (NEPR) Bythograea vrijenhoeki Guinot & Hurtado, 2003 Cyanagrea praedator De Saint Laurent, 1984 (EPR) Segonzacia mesatlantica (Williams, 1988) (MAR) Allograea tomentosa Guinot, Hurtado & Vrijenhoek, 2002 (EPR) Martin & Haney, 2005 Zool. J. Linn. Soc-Lond.

Bythograeidae : répartition bathymétrique ? Austinograea Hessler & Martin, 1989 (4 espèces) -3660 m - 500 m - 1000 m - 2000 m - 3000 m - 4000 m Segonzacia Guinot, 1989 (1 espèce) -1700 m -3478 m Allograea Guinot, Hurtado & Vrijenhoek, 2002 (1 espèce) -2335 m Bythograea Williams, 1980 (6 espèces) -2673 m -2333 m Cyanagraea De Saint Laurent, 1984 (1 espèce) -2535 m -2630 m Martin & Haney, 2005 Zool. J. Linn. Soc-Lond.