Insights from shell proteome : biomineralization control and environmental adaptation in bivalves

• Main Author: Arivalagan immanuel, Jaison Rathina Raj
• Other Authors: Paris, Muséum national d'histoire naturelle, Marie, Arul, Berland, Sophie
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2017
• Subjects: Biominéralisation; Protéomique; Ecologie fonctionnelle; Plasticité phénotypique; Adaptation; Mollusques; Biomineralization; Proteomics; Functional ecology; Phenotypic plasticity; Mollusk; Pacific; Crassostrea gigas; Pacific oyster
• Online Access: http://www.theses.fr/2017MNHN0026/document

Le processus de biominéralisation confère aux organismes qui le développent une valeur adaptative. La coquille carbonatée des mollusques intègre les fonctions de protection biomécanique à différentes échelles. La coquille résulte de l'association de composés inorganiques et d'une matrice organique protéique, médiatrice du contrôle biologique de la minéralisation. L'analyse du protéome de la coquille chez 4 espèces de bivalves met en évidence deux patrons fonctionnels et leur degré de conservation phylogénétique : l'un lié au contrôle de la minéralisation stricto sensu l'autre à la protection immune. L'étude de populations vivant à l'état naturel en mer Baltique, dont les eaux présentent localement de fortes variations ioniques montre que le protéome intègre également l'impact de conditions environnementales limitantes. L'anthropocène impose un rythme adaptatif pressant aux organismes et la modification acido-basique des eaux océaniques est susceptible d'impacter sensiblement les organismes calcifiants. La signature de mécanismes adaptatifs du contrôle biologique de la biominéralisation se traduit dans le protéome de la coquille. Les implications sont particulièrement signifiantes dans un contexte d'intérêt de développement aquacole grandissant. In this study, the SMPs from four commercially important and divergent bivalve species crassostrea gigas (pacific oyster), Mya truncata (soft shell clam), Mytilus edulis (blue mussel) and Pecten maximus (king scallop) were extracted and analysed using standardized extraction protocol and proteomic pipeline. This enables us to identify critical elements of basic biomineralization tool kit for calcification process irrespective of their shell morphology, mineralogy and microstructure. In addition, it enables the identification of SMPs that are specific to calcite and aragonite mineralogies. The signifiant numbers of SMPs found species-specific were hypothesized as adaptation to their modus vivendi. In fact, the latter proteins possess immunity-related functions and fit into specific pathway, phenoloxidase, suggesting their role in defense against pathogen. The comparative study of shell proteome of mussels living in full marine condition, North Sea and the Iow saline Baltic Sea showed the modulation of the SMPs that constitute the basic biomineralization tool kit. Higher modulation of chitin related proteins and non-modulated protein such as carbonic anhydrase, EGF and fibronectin domain containing proteins points out the impaired scaffold and mineral nucleation process in Baltic mussel. The modulation of immunity related proteins denote the influence of biotic components. These investigations show the functional diversity of SMPs and their roles beyond shell formation in the bivalvesand put forth the idea that shell is dynamic, endowed with both biochemical and mechanical protection.