Ostreid herpesvirus 1 (OsHV-1) infections have been reported around the world and are associated with high mortalities of the Pacific oyster (Crassostrea gigas). In the summer 2008, abnormal mortality rates ranging from 80% to 100% were reported in France and affected only Pacific oysters. Analyses of oyster samples collected during mortality outbreaks demonstrated a significant detection of OsHV-1 (75% of analysed batches), which appeared stronger than previous years. DNA sequencing based on C and IA regions was carried out on 28 batches of OsHV-1 infected Pacific oysters collected in 2008. Polymorphisms were described in both the C and IA regions and characterized a genotype of OsHV-1 not already reported and termed OsHV-1 microVar. A microsatellite zone present in the C region showed several deletions. Additionally, 44 isolates collected in France and in the USA, from 1995 to 2007 were sequenced and compared to the 2008 sequences. The analyses of 76 sequences showed OsHV-1 microVar detection only in 2008 isolates. These data suggest that OsHV-1 microVar can be assumed as an emergent genotype.

Infectious diseases are mostly explored using reductionist approaches despite repeated evidence showing them to be strongly influenced by numerous interacting host and environmental factors. Many diseases with a complex aetiology therefore remain misunderstood. By developing a holistic approach to tackle the complexity of interactions, we decipher the complex intra-host interactions underlying Pacific oyster mortality syndrome affecting juveniles of Crassostrea gigas, the main oyster species exploited worldwide. Using experimental infections reproducing the natural route of infection and combining thorough molecular analyses of oyster families with contrasted susceptibilities, we demonstrate that the disease is caused by multiple infection with an initial and necessary step of infection of oyster haemocytes by the Ostreid herpesvirus OsHV-1 µVar. Viral replication leads to the host entering an immune-compromised state, evolving towards subsequent bacteraemia by opportunistic bacteria. We propose the application of our integrative approach to decipher other multifactorial diseases that affect non-model species worldwide.

Several cell types such as photoreceptors and spermatozoa possess very stable cilia and flagella, a feature also encountered in numerous protists. We tested an original model for the control of flagellum length in such cells, using Trypanosoma brucei as an experimental system. The grow-and-lock model proposes that the flagellum elongates at a linear rate and that a locking event takes place in a timely defined manner preventing further elongation or shortening. We show that the total amount of IFT material increases during flagellum elongation, ensuring a constant concentration per unit of length and the ability to provide a constant delivery of precursors in agreement with a linear growth rate. Reducing the IFT rate by RNAi knockdown of the IFT kinesin motors slows down the growth rate and results in the assembly of shorter flagella. The flagellum is locked after cell division in an irreversible process and even subsequent increase in the IFT rate does not lead to further elongation. Other models (limitation by the soluble pool of tubulin, equilibrium between assembly and disassembly rates, or morphogenetic control) fail to explain the experimental data. The locking event is associated to the addition of the FLAM8 molecular marker at the distal end of the flagellum and is initiated prior cell division, leading to an arrest of elongation in the daughter cell. These results provide support for the grow-and-lock model as a new paradigm for the control of organelle length.

Abstract Background Recently, the frequency and severity of marine diseases have increased in association with global changes, and molluscs of economic interest are particularly concerned. Among them, the Pacific oyster ( Crassostrea gigas ) production faces challenges from several diseases such as the Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS) or vibriosis. Various strategies such as genetic selection or immune priming have been developed to fight some of these infectious diseases. The microbial education, which consist of exposing the host immune system to beneficial microorganisms during early life stages is a promising approach against diseases. This study explores the concept of microbial education using controlled and pathogen-free bacterial communities and assesses its protective effects against POMS and Vibrio aestuarianus infections, highlighting potential applications in oyster production. Results We demonstrate that it is possible to educate the oyster immune system by adding microorganisms during the larval stage. Adding culture based bacterial mixes to larvae protects only against the POMS disease while adding whole microbial communities from oyster donors protects against both POMS and vibriosis. The efficiency of the immune protection depends both on oyster origin and on the composition of the bacterial mixes used for exposure. No preferential protection was observed when the oysters were stimulated with their sympatric strains. We further show that the added bacteria were not maintained in the oyster microbiota after the exposure, but this bacterial addition induced long term changes in the microbiota composition and oyster immune gene expression. Conclusion Our study reveals successful immune system education of oysters by introducing beneficial micro-organisms during the larval stage. We improved the long-term resistance of oysters against critical diseases (POMS disease and Vibrio aestuarianus infections) highlighting the potential of microbial education in aquaculture.

Since the 1990s, the Pacific oyster Magallana gigas has faced significant mortality, which has been associated with the detection of the Ostreid Herpesvirus type 1 (OsHV-1). Due to the complex genomic architecture and the presence of multiple genomic isomers, short-read sequencing using Illumina method struggles to accurately assemble tandem and repeat regions and to identify and characterize large structural variations in the OsHV-1 genome. Third-generation sequencing technologies, as long-read real-time nanopore sequencing from Oxford Nanopore Technologies (ONT), offer new possibilities for OsHV-1 whole genome analysis. Identification of the best method for extraction of high molecular weight (HMW) DNA and development of accurate bioinformatic pipelines for its characterization are now required. To this end, we evaluated and compared six HWM methods and one conventional DNA extraction kit for their ability to extract OsHV-1 DNA from M. gigas-infected tissues. We then evaluated the ability of ONT sequencing to produce an accurate OsHV-1 genome from both whole genome and adaptive sampling (AS) sequencing approaches. Finally, we evaluated the efficiency of bioinformatics tools for de novo assembly and consensus calling to generate accurate OsHV-1 genomes. The HMW DNA extraction kit coupled with ONT sequencing and dedicated bioinformatics tools allowed us to produce accurate OsHV-1 genomes compared to those assembled using Illumina technology. The AS approach allowed up to 60% enrichment for viral data, and the long reads generated by ONT allowed the characterization of OsHV-1 isomers. Together with its portability, this sequencing shows great promise as a diagnostic tool for the characterization of unculturable aquatic viruses directly from host tissues.

Abstract Polymicrobial diseases significantly impact the health of humans and animals but remain understudied in natural systems. We recently described the Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS), a polymicrobial disease that impacts oyster production and is prevalent worldwide. Analysis of POMS-infected oysters on the French North Atlantic coast revealed that the disease involves co-infection with the endemic ostreid herpesvirus 1 (OsHV-1) and virulent bacterial species such as Vibrio crassostreae . However, it is unknown whether consistent Vibrio populations are associated with POMS in different regions, how Vibrio contribute to POMS, and how they interact with the OsHV-1 virus during pathogenesis. We resolved the Vibrio population structure in oysters from a Mediterranean ecosystem and investigated their functions in POMS development. We find that Vibrio harveyi and Vibrio rotiferianus are the predominant species found in OsHV-1-diseased oysters and show that OsHV-1 is necessary to reproduce the partition of the Vibrio community observed in the field. By characterizing the interspecific interactions between OsHV-1, V. harveyi and V. rotiferianus , we find that only V. harveyi synergizes with OsHV-1. When co-infected, OsHV-1 and V. harveyi behave cooperatively by promoting mutual growth and accelerating oyster death. V. harveyi showed high virulence potential in oysters and dampened host cellular defenses, making oysters a more favorable niche for microbe colonization. We next investigated the interactions underlying the co-occurrence of diverse Vibrio species in diseased oysters. We found that V. harveyi harbors genes responsible for the biosynthesis and uptake of a key siderophore called vibrioferrin. This important resource promotes the growth of V. rotiferianus , a cheater that efficiently colonizes oysters during POMS without costly investment in host manipulation nor metabolite sharing. By connecting field-based approaches, laboratory infection assays and functional genomics, we have uncovered a web of interdependencies that shape the structure and function of the POMS pathobiota. We showed that cooperative behaviors contribute to synergy between bacterial and viral co-infecting partners. Additional cheating behaviors further shape the polymicrobial consortium. Controlling such behaviors or countering their effects opens new avenues for mitigating polymicrobial diseases.

Abstract Disease emergence is accelerating in response to human activity-induced global changes. Understanding the mechanisms by which host populations can rapidly adapt to this threat will be crucial for developing future management practices. Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS) imposes a substantial and recurrent selective pressure on oyster populations ( Crassostrea gigas) . Rapid adaptation to this disease may arise through both genetic and epigenetic mechanisms. In this study, we used a combination of whole exome capture of bisulfite-converted DNA, next-generation sequencing, and (epi)genome-wide association mapping, to show that natural oyster populations differentially exposed to POMS displayed signatures of selection both in their genome (single nucleotide polymorphisms) and epigenome (CG-context DNA methylation). Consistent with higher resistance to POMS, the genes targeted by genetic and epigenetic variations were mainly related to host immunity. By combining correlation analyses, DNA methylation quantitative trait loci, and variance partitioning, we revealed that a third of the observed phenotypic variation was explained by interactions between the genetic sequence and epigenetic information, ∼14% by the genetic sequence, and up to 25% by the epigenome alone. Thus, as well as genetic adaptation, epigenetic mechanisms governing immune responses contribute significantly to the rapid adaptation of hosts to emerging infectious diseases.

Abstract The genetic diversity of viral populations is a key driver of the spatial and temporal diffusion of viruses; yet, studying the diversity of whole genomes from natural populations still remains a challenge. Phylodynamic approaches are commonly used for RNA viruses harboring small genomes, but have only rarely been applied to DNA viruses with larger genomes. Here, we used the Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS, a disease that affects oyster farms around the world) as a model to study the genetic diversity of its causative agent, the Ostreid herpesvirus 1 (OsHV-1) in the three main French oyster-farming areas. Using ultra-deep sequencing on individual moribund oysters and an innovative combination of bioinformatics tools, we de novo assembled 21 OsHV-1 new genomes. Combining quantification of major and minor genetic variations, phylogenetic analysis and ancestral state reconstruction of discrete traits approaches; we assessed the connectivity of OsHV-1 viral populations between the three oyster-farming areas. Our results suggest that the Marennes- Oléron Bay represents the main source of OsHV-1 diversity, from where the virus has dispersed to other farming areas, a scenario consistent with current practices of oyster transfers in France. We demonstrate that phylodynamic approaches can be applied to aquatic DNA viruses to determine how epidemiological, immunological, and evolutionary processes act and potentially interact to shape their diversity patterns. Importance Phylogeography is a field of research that attempts to reconstruct the relationships between individual genotypes within a species and then correlate these genealogical relationships with their geographic and temporal origin. This field of research has become an essential step in the understanding of pandemics, in particular to determine the origin, spread and evolution of a pathogen as currently illustrated in studies on viral pandemics. However, because phylogeographic analyses are based on genome variation, stable genomes yield less information than labile genomes. Accordingly, viruses with double-stranded DNA (dsDNA) genomes generally have lower nucleotide diversity than RNA viruses. In this study, by combining the use of both major and minor genetic variations with phylogeographic analyses of the oyster herpesvirus OsHV-1, we highlight genealogical relationships that are not depicted in phylogenetic trees based on consensus viral genomes only. These data offer a plausible scenario reflecting the origin and spread of OsHV-1 populations between oyster- farming sites.

Abstract The increase in marine diseases, particularly in economically important mollusks, is a growing concern. Among them, the Pacific oyster ( Crassostrea gigas ) production faces challenges from several diseases, such as the Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS) or vibriosis. The microbial education, which consists of exposing the host immune system to beneficial microorganisms during early life stages is a promising approach against diseases. This study explores the concept of microbial education using controlled and pathogen-free bacterial communities and assesses its protective effects against POMS and Vibrio aestuarianus infections, highlighting potential applications in oyster production. We demonstrate that it is possible to educate the oyster immune system by adding microorganisms during the larval stage. Adding culture based bacterial mixes to larvae protects only against the POMS disease while adding whole microbial communities from oyster donors protects against both POMS and vibriosis. The efficiency of immune protection depends both on oyster origin and on the composition of the bacterial mixes used for exposure. No preferential protection was observed when the oysters were stimulated with their sympatric strains. Furthermore, the added bacteria were not maintained into the oyster microbiota, but this bacterial addition induced long term changes in the microbiota composition and oyster immune gene expression. Our study reveals successful immune system education of oysters by introducing beneficial microorganisms during the larval stage. We improved the long-term resistance of oysters against critical diseases (POMS disease and Vibrio aestuarianus infections) highlighting the potential of microbial education in aquaculture.