Les coraux sont des espèces clés pour les écosystèmes récifaux et marins, mais le blanchissement des coraux dû au changement climatique et au réchauffement des océans les tue. Une nouvelle étude en libre accès menée par des chercheurs de l’Université de Californie à Riverside vise à faire la lumière sur la manière d’inverser les dégâts et de sauver les coraux.
Les coraux, avec les anémones de mer et les méduses, appartiennent à un groupe d’animaux appelés cnidaires qui reçoivent certains de leurs nutriments grâce à une relation symbiotique avec des algues photosynthétiques vivant à l’intérieur de leurs cellules. Les températures élevées de l’océan provoquent une rupture de la symbiose, entraînant un corail « blanchi » qui a expulsé les algues. Si la symbiose n’est pas initiée dans quelques semaines, le corail mourra de faim.
La nouvelle étude révèle que bien que la photosynthèse par les algues soit un élément clé de la relation symbiotique, elle n’est pas nécessaire pour initier la symbiose. La découverte ajoute à la relation peu comprise entre les cnidaires et les algues au niveau moléculaire et offre un aperçu de la façon de relancer la relation symbiotique entre les deux organismes après un événement de blanchiment. Cela pourrait également conduire à des stratégies qui pourraient empêcher les océans plus chauds de rompre la relation symbiotique entre les deux organismes et de sauver ce qui reste des coraux du monde.
Les cnidaires forment une symbiose mutualiste avec des algues photosynthétiques de la famille des dinoflagellés Symbiodiniaceae qui vivent à l’intérieur de leurs cellules hôtes. Les algues effectuent la photosynthèse, fixent le dioxyde de carbone en sucres, puis le transmettent à leurs hôtes. Certaines espèces de coraux sont complètement dépendantes de la nourriture qu’elles reçoivent de leurs symbiotes algaux et mourront sans elle.
En retour, les algues reçoivent des nutriments comme l’azote et le phosphore des proies que l’hôte attrape. La photosynthèse est un élément clé de cette relation symbiotique, mais on ne savait pas si cette symbiose pouvait se former sans photosynthèse.
Robert Jinkerson, professeur adjoint de génie chimique et environnemental à l’UCR, et Tingting Xiang, professeur adjoint de sciences biologiques à l’Université de Caroline du Nord à Charlotte, ont dirigé une équipe pour fabriquer les premiers mutants dans les algues Symbiodiniaceae – isolent les mutants qui n’avaient pas le capacité à photosynthétiser et utiliser ces mutants pour étudier la symbiose avec les cnidaires
« Nous étions très heureux de pouvoir générer six mutants photosynthétiques, puis d’utiliser ces mutants pour commencer à sonder la symbiose entre ces algues et leurs hôtes », a déclaré Jinkerson.
L’équipe a introduit les algues mutantes dans des réservoirs d’eau de mer contenant des anémones de mer (Exaiptasia pallida) qui n’avaient pas encore établi de symbiose avec des algues. Après seulement une journée, les algues pouvaient déjà être trouvées dans les tentacules de l’anémone de mer, même sans photosynthèse.
Pour savoir si les algues pouvaient survivre dans les tissus hôtes des anémones de mer sans photosynthèse pendant de plus longues périodes, les chercheurs ont infecté certaines anémones de mer dans l’obscurité avec des algues mutantes et non mutantes et les ont gardées dans l’obscurité pendant six mois. Même après six mois, des cellules d’algues étaient encore observables dans les tissus de l’anémone de mer. Bien que capable d’infecter les cellules hôtes et de se maintenir pendant six mois, l’algue ne s’est pas reproduite ni proliférée en nombre.
Le groupe a également testé quatre autres espèces d’algues connues pour former des relations symbiotiques avec les anémones de mer et a découvert qu’elles aussi pouvaient initier une symbiose dans l’obscurité.
Jinkerson, Xiang et leur collègue Masayuki Hatta au Japon ont ensuite introduit les algues dans l’obscurité dans un réservoir contenant des polypes juvéniles d’un corail pierreux, Acropora tenuis. Les algues ont infecté le corail avec succès dans l’obscurité. De manière inattendue, les algues ont pu proliférer dans les tissus coralliens sans photosynthèse, chose non observée chez les anémones de mer.
Enfin, pour savoir si le modèle était vrai pour le troisième membre du groupe cnidaire, les chercheurs ont ajouté les algues à un réservoir sombre de polypes de méduses (Cassiopea xamachana) à l’envers. Une fois de plus, les algues ont infecté les polypes, mais pas avec autant de succès que dans l’anémone de mer et le corail.
L’établissement de la symbiose peut se dérouler sans photosynthèse chez les hôtes des coraux, des méduses et des anémones de mer, mais différents aspects de la relation, tels que la prolifération des algues sans photosynthèse, dépendent de la relation spécifique hôte-algue.
« Notre étude met en évidence la puissance des approches génétiques avancées pour sonder la symbiose des cnidaires Symbiodiniaceae et fournit une plate-forme prometteuse pour répondre aux questions clés de la symbiose et finalement développer des stratégies pour sauver les coraux », a déclaré Xiang.
La découverte que la photosynthèse n’est pas essentielle pour entamer des relations symbiotiques est une étape vers la recherche de moyens d’aider les cnidaires à survivre au changement climatique.
« Le temps presse en ce qui concerne la protection des récifs coralliens, et nous espérons que ces mutants nous permettront, ainsi qu’aux autres, d’accélérer le rythme global vers cet objectif », a déclaré le co-auteur Joseph Russo, doctorant au laboratoire de Jinkerson.
Jinkerson, Xiang, Hatta et Russo ont été rejoints dans la recherche par Casandra R. Newkirk, Andrea L. Kirk, Richard J. Chi, Mark Q. Martindale et Arthur R. Grossman. Le document en libre accès est disponible en Biologie actuelle.
Robert E. Jinkerson et al, l’établissement de la symbiose Cnidarian-Symbiodiniaceae est indépendant de la photosynthèse, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.04.021