Développement et évolution de la coquille de seiche, Sepia

Développement et évolution de la coquille de seiche, Sepia officinalis (Mollusque,
Céphalopode)
MUSEUM NATIONAL D’HISTOIRE
NATURELLE
Nature de l'emploi : ATER
Implantation de l'emploi : PARIS
Composante :
UMR BOREA: Biologie des Organismes et
Ecosystèmes Aquatiques MNHN- CNRS 7208/IRD
207/UPMC/UCBN
Equipes 1 et 2
Section(s) CNU : 68
Description du poste
1- CONTEXTE ET OBJECTIFS DU PROJET
La biominéralisation chez les animaux marins recouvre un ensemble de processus apparus
plusieurs fois au cours de l’évolution et fortement contraints par les conditions physico-chimiques du
milieu aquatique. La compréhension des mécanismes de construction, de maintien, de croissance et de
renouvellement des squelettes minéralisés, internes ou externes reste fondamentale pour mieux
comprendre l’ontogenèse de ces processus et leurs plasticités phénotypiques.
Un des projets de l’équipe 2 "Reproduction et développement: évolution, adaptation,
régulation", resp L. Bonnaud en collaboration avec l'équipe 1 "Evolution des biominéralisations et
adaptation aux contraintes environnementales", resp P. Lopez, qui s’inscrit dans une thématique
transversale de l’UMR BOREA est de comprendre, par une approche évo-dévo, la formation de la
coquille chez l’embryon de seiche, Sepia officinalis. L'équipe 2 montre une expertise en
développement des Céphalopodes et utilise la seiche comme modèle biologique pour explorer
l'évolution des structures du complexe neuromusculaire, sélectionné suite à l'internalisation de la
coquille. L'équipe 1 a une expertise indéniable dans les processus de minéralisation et leur diversité,
sur de nombreux modèles biologiques, ce qui permet une approche comparative. Ainsi, l'équipe 1
apporte à ce projet la connaissance de l'analyse des mécanismes de biominéralisation pour comprendre
ceux mis en œuvre lors du développement de la coquille de la seiche, espèce modèle de l'équipe 2.
Parmi les Mollusques Céphalopodes, les seiches et les spirules sont les seules espèces à
posséder une coquille interne calcifiée. La structure et l’organisation minérale de la coquille de seiche
adulte, ou sépion, sont relativement bien connues. Le sépion est composé de multiples couches
(septes = cloisons) séparées et soutenues par des piliers, formant des loges utilisées par l'animal
comme ballasts pour contrôler sa flottabilité. Chez l’adulte, la coquille est constituée d’aragonite, la
morphologie fine et la composition minérale ont en partie été déterminées. L’embryon de seiche se
développe au sein d’une capsule constituée d’enveloppes épaisses permettant des échanges avec
l’extérieur. Le développement est direct, sans métamorphose, et la coquille commence à se mettre en
place dès la fermeture du sac coquillier, résultant d’une invagination du manteau. La coquille
embryonnaire reste visible dans la partie la plus postérieure de l’os adulte.
Avant que nous débutions ce projet, soutenu en partie par l’ATM Minéral-Vivant, aucune
étude spatio-temporelle de la composition du sépion ni du contrôle moléculaire de sa formation n’avait
été entreprise chez l’embryon. Nous avons ainsi débuté une étude du développement de la coquille
chez l’embryon avant éclosion, à différents niveaux d’analyse (voir ci-dessous). Nous avons d’ores et
déjà mis en évidence par une étude d’incorporation de la calcéine une dynamique rapide de la
minéralisation dans les piliers. Nous souhaitons comparer les résultats obtenus à ce qui est connu chez
le juvénile et chez l’adulte en considérant à la fois l’espace (zone de la coquille), le temps
(développement, cycle biologique, évolution de l’espèce) et le lieu (impact du milieu environnant).
L’aspect comparatif entre différentes populations et différentes espèces est un point important que
prendra en charge l’ATER de même que les analyses évolutives et phylogénétiques. Les résultats
attendus nous permettront d’apporter des éléments de réponse à la compréhension de l’évolution de la
coquille dans la lignée des céphalopodes et des Mollusques en général.
2- QUESTIONS ET MISE EN ŒUVRE
Avant éclosion: comment cette architecture se met-elle en place?
Des coquilles sur des embryons entre les stades 24, début de la formation de la coquille, et 30, moment
de l’éclosion ont été prélevées afin d’effectuer un suivi de la construction de la coquille. Nous avons
d’ores et déjà pu constater par des analyses en microscopie optique à fluorescence, que les piliers se
formaient progressivement même après formation d’une nouvelle cloison. Il apparaît néanmoins
indispensable d’avoir une meilleure vision en 3D de la coquille. Des premiers essais seront effectués
afin de suivre le développement (et le type de construction) des piliers et la formation des « murs » qui
les relient par des analyses au MEB mais aussi au CT-Scan, avant et après éclosion. L’ATER recruté.e
sera chargé.e de finaliser ces études structurales qui aboutiront à une visualisation complète de la
coquille embryonnaire.
Y a-t-il des différences entre populations d’une même espèce, entre espèces différentes ?
Les os sont des critères systématiques importants permettant d’identifier les différentes espèces de
Sepiidés. Les seiches, Sepia officinalis, présentent des morphologies différentes (taille en particulier)
en fonction des localités. Une analyse structurale (architecture et composition) des coquilles
embryonnaires de différentes populations, voire de différentes espèces permettraient sans doute de
mieux comprendre l’impact de l’environnement et les contraintes après éclosion qui ont conduit à cette
diversité de formes de coquille. L’ATER recruté.e aura en charge de définir les spécimens et les
localités, en se basant à la fois sur les collections (plusieurs sépions de Sepiidés) et sur des
prélèvements auprès des stations marines, et d’explorer et de comparer l’ultrastructure des coquilles
embryonnaires. Sepia orbignyana (et S.elegans), espèces européennes, et S. pharaonis et S. smithi,
espèces indo-pacifiques seraient les premières espèces à cibler, pour leur différence de milieu de vie et
leurs positions phylogénétiques. Des sépions de ces espèces sont disponibles en collection.
Comment et sur quelle base organique se met en place le carbonate de calcium?
Si la coquille adulte est bien composée d’aragonite, la composition minérale de la coquille
embryonnaire n’a pas encore été clairement établie. Il semblerait qu’il s’agisse d’aragonite mais des
mesures complémentaires et plus fines (en particulier au niveau du primordium) doivent être
effectuées (spectroscopies FTIR et Raman, microscopie de type AFM). Dans la mesure où il semble y
avoir un processus d’organisation du minéral hors contact cellulaire lors de la formation des piliers, le
type de support organique, association de ⤠-chitine et de protéines, est crucial à déterminer. Les
premières identifications de protéines auront été effectuées et l’ATER sera chargé.e d’approfondir et
d’affiner la recherche des protéines d’intérêt.
Quels sont les processus moléculaires qui contrôlent la formation de la coquille ?
A partir du travail effectué précédemment, la connaissance des protéines intervenant dans la formation
de la coquille embryonnaire (mais aussi adulte) permettra à l’ATER de pratiquer une analyse
comparative et évolutive, y compris dans les bases de données existantes et de faire des inférences
évolutives au sein des Mollusques. L’ATER pratiquera également une analyse protéomique des
composants organiques – approches couplées d’extraction, séparation sur gel d’électrophorèse et
spectrométrie de masse - afin de caractériser les protéines/gènes éventuellement impliqués dans le
contrôle de la formation de la coquille. Une comparaison jeunes-adultes sera effectuée afin
d’approcher l’impact du milieu sur les composants de la coquille. La définition des patterns
d’expression de gènes d’intérêt (hybridation in situ), conduits par l’ATER, viendra compléter ces
analyses multi-échelles qui nous permettront de mieux comprendre, in fine, l’internalisation de la
coquille.
Techniques utilisées
Les techniques utlisées par l’ATER seront: analyse de données de CT-Scan (Plate forme
MNHN), d’extraction protéique, de protéomique, d’hybridation in situ et immunomarquage et des
techniques d’analyse de données et de reconstruction phylogénétique.
Les techniques sont maitrisées par les partenaires des équipes ou en collaboration et l’ATER sera
formé.e par les personnes compétentes.
Moyens financiers et humains
Le financement de l’équipe est assuré par les tutelles de l’UMR BOREA. D’autre part, sur un
projet commun entre nos deux équipes, déposé dans le cadre des Actions Thématiques du MNHN,
nous avons obtenu des crédits qui nous permettront de financer une partie de cette étude, celle
concernant l’identification et la caractérisation des protéines et les analyses ultrastructurales.
L’ATER recruté.e sera encadré par les responsables de l’équipe 2 (Resp : Laure Bonnaud-Ponticelli) et
de l’équipe 1 (Resp : Pascal Lopez)
3- COLLECTIONS
L’ATER contribuera à la gestion de la collection de Céphalopodes, qui est depuis plus de 5
ans orpheline de chargé.e de conservation. Un travail considérable d’identification de spécimens et
d’organisation est à effectuer. Il/elle pourra être impliqué.e dans des actions de valorisations des
collections.
Ce travail s’effectuera sous la direction de la chargé.e d’ensemble « Invertébrés non arthropodes
terrestres », en lien avec l’équipe technique et en association étroite avec le/la chargé.e de conservation
qui pourrait être nommé.e. pour la collection de Céphalopodes. La responsable de l'équipe 2,
récemment nommée Professeure au MNHN a fait une demande pour occuper cette mission essentielle,
partie intégrante de ses fonctions.
4- ENSEIGNEMENTS ET DIFFUSION DES CONNAISSANCES
L’ATER participera aux évènements de diffusion des connaissances, comme la fête de la
science et pourra donner des conférences et/ou accompagner du jeune public lors d’exposition. Par
ailleurs, il/elle sera associé.e à la mise en place d'un enseignement Eco-Evo-Devo, couplant le cycle
biologique des organismes et le milieu, ciblé sur des organismes non conventionnels aquatiques, à
destination des enseignant.e.s et d'un enseignement transversal de biologie des Métazoaires aquatiques
marins en lien avec l'équilibre côtier; projet actuellement en réflexion pour des masters pro.