Mollusca evolutionary success can be attributed partly to their efficiency to sustain and protect their soft body with an external biomineralized structure, the shell. Current knowledge of the protein set responsible for the formation of the shell microstructural polymorphism and unique properties remains largely patchy. In Pinctada margaritifera and Pinctada maxima , we identified 80 shell matrix proteins, among which 66 are entirely unique. This is the only description of the whole “biomineralization toolkit” of the matrices that, at least in part, is thought to regulate the formation of the prismatic and nacreous shell layers in the pearl oysters. We unambiguously demonstrate that prisms and nacre are assembled from very different protein repertoires. This suggests that these layers do not derive from each other.

Biofloc technology (BFT), a rearing method with little or no water exchange, is gaining popularity in aquaculture. In the water column, such systems develop conglomerates of microbes, algae and protozoa, together with detritus and dead organic particles. The intensive microbial community presents in these systems can be used as a pond water quality treatment system, and the microbial protein can serve as a feed additive. The current problem with BFT is the difficulty of controlling its bacterial community composition for both optimal water quality and optimal shrimp health. The main objective of the present study was to investigate microbial diversity of samples obtained from different culture environments (Biofloc technology and clear seawater) as well as from the intestines of shrimp reared in both environments through high-throughput sequencing technology. Analyses of the bacterial community identified in water from BFT and "clear seawater" (CW) systems (control) containing the shrimp Litopenaeus stylirostris revealed large differences in the frequency distribution of operational taxonomic units (OTUs). Four out of the five most dominant bacterial communities were different in both culture methods. Bacteria found in great abundance in BFT have two principal characteristics: the need for an organic substrate or nitrogen sources to grow and the capacity to attach to surfaces and co-aggregate. A correlation was found between bacteria groups and physicochemical and biological parameters measured in rearing tanks. Moreover, rearing-water bacterial communities influenced the microbiota of shrimp. Indeed, the biofloc environment modified the shrimp intestine microbiota, as the low level (27 %) of similarity between intestinal bacterial communities from the two treatments. This study provides the first information describing the complex biofloc microbial community, which can help to understand the environment-microbiota-host relationship in this rearing system.

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.

ABSTRACT Background The Pacific oyster Crassostrea gigas is one of the main cultivated invertebrate species worldwide. Since 2008, oyster juveniles have been confronted with a lethal syndrome known as the Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS). POMS is a polymicrobial disease initiated by a primary infection with the herpesvirus OsHV-1 μVar that creates an oyster immunocompromised state and evolves towards a secondary fatal bacteremia. In the present article, we describe the implementation of an unprecedented combination of metabarcoding and metatranscriptomic approaches to show that the sequence of events in POMS pathogenesis is conserved across infectious environments. We also identified a core bacterial consortium which, together with OsHV-1 μVar, forms the POMS pathobiota. This bacterial consortium is characterized by high transcriptional activities and complementary metabolic functions to exploit host’s resources. A significant metabolic specificity was highlighted at the bacterial genus level, suggesting low competition for nutrients between members of the core bacteria. Lack of metabolic competition might favor complementary colonization of host tissues and contribute to the conservation of the POMS pathobiota across distinct infectious environments.

Abstract Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS) affects Crassostrea gigas oysters worldwide and caused important economic losses. Disease dynamics was recently deciphered and revealed a multiple and progressive infection caused by the Ostreid herpesvirus OsHV-1 µVar, triggering an immunosuppression followed by microbiota destabilization and bacteraemia by opportunistic bacterial pathogens. However, it remains unknown if microbiota might participate to oyster protection to POMS, and if microbiota characteristics might be predictive of oyster mortalities. To tackle this issue, we transferred full-sib progenies of resistant and susceptible oyster families from hatchery to the field during a period in favour of POMS. After five days of transplantation, oysters from each family were either sampled for individual microbiota analyses using 16S rRNA gene-metabarcoding or transferred into facilities to record their survival using controlled condition. As expected, all oysters from susceptible families died, and all oysters from the resistant family survived. Quantification of OsHV-1 and bacteria showed that five days of transplantation was long enough to contaminate oysters by POMS, but not for entering the pathogenesis process. Thus, it was possible to compare microbiota characteristics between resistant and susceptible oyster families at the early steps of infection. Strikingly, we found that microbiota evenness and abundances of Cyanobacteria (Subsection III, family I), Mycoplasmataceae, Rhodobacteraceae, and Rhodospirillaceae were significantly different between resistant and susceptible oyster families. We concluded that these microbiota characteristics might predict oyster mortalities.

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.

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 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 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.