CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Early Developmental and Multigenerational Effects of Pesticide Exposure in the Pacific Oyster – PESTO

Effets d’un mélange de pesticides sur le développement de l’huitre creuse et sa descendance

Le projet PESTO fournira de nouvelles connaissances pour expliquer la toxicité des pesticides au niveau intergénérationnel liant approches moléculaires et écophysiologiques.

Quels sont les effets à long terme d’une exposition à des pesticides chez l’huitre creuse ?

Comprendre les effets de l'exposition à de faibles concentrations de polluants sur le cycle de vie des organismes, ainsi que les effets intergénérationnels sont l'un des principaux enjeux de l'écotoxicologie. Les stades de vie précoces sont cruciaux pour le développement et peuvent être perturbés par des facteurs environnementaux affectant ultérieurement le cycle de vie et les générations suivantes. Le but principal du projet PESTO est d'étudier les effets d'un mélange réaliste de pesticides sur le développement des larves d'huître, leur cycle biologique et leur descendance. Trois questions principales seront abordées: (i) Quels sont les effets d'une exposition précoce à un mélange de polluants sur le cycle de vie de l’huître? (ii) Quels sont les mécanismes moléculaires sous-jacents? (iii) Ces effets persistent-ils chez les progénitures des animaux exposés? Le projet PESTO fournira de nouvelles connaissances pour expliquer la toxicité des pesticides au niveau intergénérationnel. Au-delà de l'intérêt scientifique de ce projet, des retombées vis-à-vis de la filière conchylicole pourront être identifiées, par exemple en aidant à identifier les phases sensibles du développement des larves d'huîtres pendant lesquelles les écloseries pourraient améliorer les processus d'élevage. De plus, dans le contexte d'une pression anthropique croissante sur les écosystèmes côtiers, l'impact socio-économique de cette étude sera de fournir aux parties prenantes une meilleure estimation des risques de contaminants chimiques sur des effets différés non liés à une exposition directe aux polluants.

Le plan expérimental proposé (i) cible le développement embryonnaire comme un stade de vie sensible, (ii) couvre l'ensemble du cycle de vie de l'huître, (ii) considère les effets intergénérationnels en étudiant trois générations successives d’huitres, (iv) utilise un mélange de polluants qui reflétera au mieux l'environnement. Cette approche combine des analyses au niveau moléculaire (transcriptomique et épigénétique) et de l'organisme entier (recrutement larvaire, croissance, reproduction).
Le mélange de pesticides de 15 à 20 molécules sera défini grâce à l’analyse bibliographique sur la présence de molécules de pesticides dans les bassins conchylicoles pendant les périodes de reproduction de l’huître. Les effets directs de ce mélange seront étudiés grâce au test embryo-larvaire. Trois générations d’huitres seront étudiées lors de ce projet. Pour la génération 0 (F0) les embryons d’huitres seront exposés à un mélange de pesticides pendant leur développement embryonnaire (48h) en parallèle d’un groupe témoin. Les larves seront ensuite suivies pendant leur développement larvaire, le stade de micronaissain et de naissain, jusqu’au stade adulte pour leur croissance et survie. Une fois prêts pour entamer une gamétogénèse la génération suivante sera produite et leur descendance suivie comme la F0. De la même manier il en suivra la F2.

La production d’une première génération (F0) exposées à un mélange de 18 pesticides pendant les premières 48h du développement larvaire de l’huître été réalisée. Si une toxicité directe de ce mélange n’a pas été observée, des effets décalés dans le temps sont observés, tels que une moindre compétence à la métamorphose pour les larves pédiveligères et un poids plus important au stade naissain.

Au-delà de l'intérêt scientifique de ce projet, des retombées vis-à-vis de la filière conchylicole pourront être identifiées, par exemple en aidant à identifier les phases sensibles du développement des larves d'huîtres pendant lesquelles les écloseries pourraient améliorer les processus d'élevage. De plus, dans le contexte d'une pression anthropique croissante sur les écosystèmes côtiers, l'impact socio-économique de cette étude sera de fournir aux parties prenantes une meilleure estimation des risques de contaminants chimiques sur des effets différés non liés à une exposition directe aux polluants.

en cours

One of the main issues in ecotoxicology nowadays is understanding the effects of exposure to pollutant low concentrations on organisms' vulnerable life stages, life history, as well as their multi- and transgenerational effects. Early life stages are crucial for development and can be disrupted by environmental factors such as xenobiotics, nutrition and physico-chemical changes, affecting the subsequent life history and survival. Recent works highlight the role of epigenetic alterations in mediating the response to environmental toxicant exposure. Epigenetic-driven mechanisms are fundamental during embryo development as they coordinate the precise expression of key genes in space and time. Indeed, pollutant-mediated dysregulation of embryo epigenomes has potential implications in subsequent developmental disorders, over the life course or over generations.
Aquatic environments are the ultimate receptacles for many anthropogenic chemicals, to which species with external fertilization expose vulnerable stages, such as gametes, embryos and larvae. Oysters Crassostrea gigas are considered bioindicators of water quality and a model species for marine ecotoxicology studies due to their ecological characteristics (benthic, sessile, external fertilization). Recent studies on this model demonstrate the negative effects of parental exposure to several pollutants on offspring, including in the case of a specific pesticide exposure, global and specific DNA methylation variations in the progeny. While the impact of pollutants on the progeny epigenome suggests a multigenerational effect, direct effects on gamete methylation was also observed. More recently, oyster embryo development was shown to depend on DNA methylome dynamics, and larval abnormalities have been linked to DNA methylation changes during early-development. Therefore the next step would be to explore the relationship between chemical-driven perturbations in embryos and effects on life history as well as on progeny.
The main goal of the PESTO project is to investigate the effects of a low-concentration mixture of pesticides on larval development, life history (larval recruitment, growth, reproduction), and multi- and trans-generational traits in oysters. Three main questions will be addressed: (i) which are the effects of an early exposure to a pollutant mixture on the life history of an organism (development, larval recruitment, growth and reproduction)? (ii) Which are the transcriptomic and epigenetic pathways underlying these effects? (iii) Are these effects persistent in the offspring of exposed animals? Can acclimatization be observed in the offspring of exposed organisms if they are in turn exposed to the same stress? To answer these questions a combined approach at molecular (transcriptomic and epigenetic) and organism-scale (larval recruitment, growth, reproduction) will be developed. The novelty of this study lies in the proposed experimental plan which will cover the entire oyster life cycle, from the F0 embryo development to the F1 and F2 offspring, considering multigenerational effects of exposure to a mixture of pollutants which will better reflect the environment. The PESTO project will provide new knowledge to explain pesticide toxicity at a multi- and trans-generational scale, giving insights into molecular mechanisms related either to acclimatization or weakening effects through combined transcriptomic and epigenetic approaches.

Project coordinator

Madame Rossana Sussarellu (Département Ressources Biologiques et Environnement)

The author of this summary is the project coordinator, who is responsible for the content of this summary. The ANR declines any responsibility as for its contents.

Partner

RBE Département Ressources Biologiques et Environnement

Help of the ANR 260,552 euros
Beginning and duration of the scientific project: February 2020 - 48 Months

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