Ecophysiological and transcriptomic response of two intertidal mollusc species to thermal stress

Abstract

Climate change is currently associated with an increased rate of global warming, largely due to greenhouse gases produced by human activities. Thus, in the Chapter 1 is addressed how intertidal ecosystems are especially fragile to the expected impacts derived from climate change, since survival rates of the species inhabiting in this tight zone are influenced in great part by the sea level to maintain their lifestyle. Therefore, were targeted two mollusc species from Portugal coasts, Nucella lapillus and Mytilus galloprovincialis. Then, in the Chapter 2, the mesocosms experimental system was designed to hold individuals of the predator snail N. lapillus and the mussel M. galloprovincialis collected from the rocky shore Belinho-Mar Beach, Esposende, Portugal. Specifically, in Chapter 3, were assessed the Physiological Responses of N. lapillus and M. galloprovincialis to thermal stress. After specimen’s acclimation to laboratorial conditions, some individuals were exposed to thermal stress ranging from 7 up to 28°C for four weeks in a bath-based system. This study aimed to assess the behaviour, physiological fitness-related responses of these two keystone species. At the end of the experiments, the metabolic and mortality rates for both species were quantified and modelled, as well as the trophic interaction and the reproductive effort in N. lapillus. To explore the molecular mechanism underlying the thermal resistance, in the Chapter 4 was profiled The transcriptomic responses of the gills from the Mediterranean mussel M. galloprovincialis under thermal stress. The whole RNA sequencing of the gills from M. galloprovincialis was sequenced after the specimen’s exposure to an acute thermal stress period using an Illumina NovaSeq 6000 150bp (base-pair) platform, further analysed with the tools included in the software OmicsBox v1.4.11. The annotated transcriptome of M. galloprovincialis revealed 1411 Expressed Genes (DEGs) within the temperature range. Some heat biomarkers were identified among DEGs, including heat shock proteins. A General Discussion in Chapter 5 led to the General Conclusions given in Chapter 6 that, in general, both species showed to be tolerant to the thermic stress applied. Remarkably, we found the upper thermal tolerance limit for N. lapillus over 28°C, showing a Temperature-dependent tendency in Predation (maximum at 19°C) and Reproductive output range (10-22°C, maxed at 16°C), both without statistical significance. The molecular response to thermal stress included 46 DEGs with homology to heat defensive biomarkers, namely heat shock proteins (Hsp70 and Hsp90) and other chaperone proteins at the maximum tested (28°C).

As alterações climáticas estão associadas ao aquecimento global, que em grande parte se deve à acumulação de gases com efeito de estufa resultantes da atividade humana. No Capítulo 1 é abordado a sensibilidade do ecossistema intertidal face aos impactos das alterações climáticas, uma vez que as taxas de sobrevivência das espécies que habitam nesta zona são influenciadas em grande parte pelo nível do mar para manter o seu estilo de vida. Por este motivo, foram escolhidas duas espécies de moluscos representativos da costa portuguesa, Nucella lapillus e Mytilus galloprovincialis. No Capítulo 2, foi projetado o sistema experimental de mesocosmos para manter os indivíduos de N. lapillus e de mexilhão M. galloprovincialis, ambos colhidos no intertidal rochoso de Belinho-Mar, Esposende, Portugal. No Capítulo 3 avaliaram-se as Respostas Fisiológicas de N. lapillus e M. galloprovincialis face ao stress térmico. Após a aclimatação dos indivíduos às condições laboratoriais, estes foram expostos a stress térmico que variava entre os 7 e os 28°C, durante quatro semanas num sistema idêntico ao banho maria. Com este estudo pretendia-se avaliar o comportamento e as respostas relacionadas com o fitness fisiológico destas duas espécies-chave. No final da experiência foram quantificadas e modeladas as taxas metabólicas para ambas as espécies. A mortalidade, a interação trófica e o esforço reprodutivo de N. lapillus foram também quantificados. Para explorar o mecanismo molecular subjacente à resistência térmica, no Capítulo 4 foi traçado o perfil das Respostas transcriptómicas das brânquias do mexilhão M. galloprovincialis sob stress térmico. O RNA total das brânquias de M. galloprovincialis após a exposição a um curto período de stress térmico, foi sequenciado usando a plataforma Illumina NovaSeq 6000 150bp (pares de bases) e posteriormente foi analisado com as ferramentas incluídas no programa OmicsBox v1.4.11. O transcriptoma anotado de M. galloprovincialis revelou 1411 Genes Diferencialmente Expressos (DEGs) dentro da gama de temperaturas. Alguns biomarcadores de stress térmico foram identificados entre estes DEGs, incluindo proteínas de choque térmico. A Discussão Geral no Capítulo 5 levou às Conclusões Gerais no Capítulo 6 em que, ambas as espécies mostraram tolerância ao stress térmico aplicado, porém encontramos o limite superior de tolerância térmica para N. lapillus acima de 28°C. Adicionalmente foi encontrada para esta espécie uma relação dependente da temperatura na Predação (máxima a 19°C) e na Reprodução (10-22°C, máximo a 16°C), ambas sem significância estatística. A resposta molecular ao stress térmico incluiu 46 DEGs com homologia a biomarcadores de defesa ao stress térmico, nomeadamente proteínas de choque térmico (Hsp70 e Hsp90) e outras chaperonas para a temperatura máxima testada (28°C).