Coping with salinity and temperature changes : a focus on the gill response in European sea bass Dicentrarchus labrax

The European sea bass Dicentrarchus labrax undertakes seasonal migrations to estuaries and lagoons that are characterized by fluctuations in environmental conditions. It is unclear to what extent salinity acclimation mechanisms are affected at temperatures higher than in the sea, as usually encountered in transitional waters in spring and summer. In this study, juvenile sea bass were pre-acclimated to seawater (SW) at 18 °C (temperate) or 24 °C (warm) for two weeks and then transferred to either fresh water (FW) or SW at the considered temperatures. We have shown that sea bass are able to efficiently maintain blood osmolality at 24 °C at both salinities. However, temperature increase induced significant changes regarding several physiological traits related to osmoregulation, acid-base regulation, ammonia excretion and mucus production. This study showed that thermal acclimation at 24 °C affects gill morphology through gill remodeling and whole-organism ion balance. Plasma Na+ levels seemed to be particularly affected leading to decreased plasma Na+/Cl- ratio in warm conditions, suggesting a blood acidosis. Following FW transfer, the major effects observed were a lower increase in the density of branchial ionocytes and in Na+/K+-ATPase activity at 24 °C compared to 18 °C. Moreover, several key ion transporters involved in ion uptake were not transcriptionally induced following FW transfer at 24 °C. These data suggest a less effective capacity to switch from hypo-to hyper-osmoregulation after FW transfer when fish are exposed to higher temperature. At the molecular level, the temperature increase affected the expression of several branchial transporters, notably in SW. At 24 °C, higher expression of transporters linked to H+ transport might be linked to an acid-base imbalance. Moreover, the induction of ammonia-transporting channels might also indicate increased need for nitrogen excretion, potentially due to enhanced metabolism in warm conditions. Molecular chaperones HSP90 expression was strongly affected by temperature increase and to a lesser extent by salinity decrease. Finally, gill goblet cells analysis suggested that mucus production is increased in response to thermal stress. This study and additional functional studies investigating different temperature regimes provide insights on the effect of increased temperatures on fish responses and may help to predict how teleost will face the consequences of global change.Le loup ou bar européen effectue une partie de son cycle de vie dans les lagunes et estuaires, des eaux de transitions caractérisées par des fluctuations environnementales plus marquées qu’en milieu marin. Les mécanismes d’acclimatation à la salinité à des températures plus élevées qu’en milieu marin sont encore relativement inexplorés. Dans cette étude, des juvéniles de loup ont été préacclimatés pendant deux semaines à l’eau de mer (EM) à 18 °C (eau tempérée) ou à 24 °C (eau chaude) puis transférés soit dans l’eau douce (ED) soit dans l’EM aux deux températures testées. À 24 °C, les loups parviennent à maintenir leur pression osmotique sanguine relativement constante, quelle que soit la salinité testée. En revanche, la hausse de température affecte significativement différents traits physiologiques liés à l’osmorégulation, la régulation acido- basique, l’excrétion azotée et la production de mucus. Cette étude a notamment montré qu’une acclimatation thermique à 24 °C modifie la structure morphologique de la branchie et induit un déséquilibre de la balance ionique sanguine. Ce déséquilibre concerne particulièrement les ions Na+ et a pour conséquence une diminution du ratio Na+/Cl- plasmatique, pouvant être symptomatique d’une acidose sanguine. Après transfert en douce, une augmentation moins importante de la densité des ionocytes branchiaux et de l’activité de la pompe Na+/K+ ATPase a été observée à 24 °C comparé à 18 °C. De plus, certains transporteurs ioniques jouant un rôle clé dans l’absorption ionique en eau douce n’ont pas été induits au niveau transcriptionnel à 24 °C. Cela suggère une capacité réduite des poissons de passer d’un épithélium branchial hypo-osmorégulateur vers un épithélium hyper-osmorégulateur lors d’un transfert en eau douce à 24 °C vs 18 °C. Au niveau moléculaire, la hausse de température a affecté l’expression de plusieurs transporteurs ioniques branchiaux, notamment en EM. À 24 °C, la surexpression de transporteurs liés au transport de proton H+ pourrait être le signe d’un déséquilibre acido- basique. De plus, l’induction de transporteurs d’ammonium pourrait indiquer un besoin accru d’excréter de l’azote par voie branchiale, potentiellement lié à un métabolisme plus élevé en eau chaude. L’expression des gènes codant pour la protéine chaperonne HSP90 a été fortement affectée par la hausse de température et dans une moindre mesure par la dessalure. Pour finir, l’analyse des mucocytes suggère que la production de mucus pourrait être induite en réponse au stress thermique. Ce type d’étude fonctionnelle sur l’acclimatation à différents régimes de température permet d’apporter des éléments de compréhension pour pouvoir prédire les réponses des téléostéens face aux conséquences du changement global