L’anticipation des effets des changements climatiques nécessite une bonne compréhension dufonctionnement carboné des écosystèmes continentaux. L’une des principales contraintes liées àl’étude de ces écosystèmes est la forte variabilité à la fois spatiale et temporelle de leurs flux decarbone et de leurs réponses aux contraintes abiotiques. L’usage de méthodes de télédétectionoptiques pourrait permettre de suivre de façon spatialisée le fonctionnement des couverts végétaux.Ce travail vise à évaluer le potentiel de méthodes de télédétection pour décrire la structure et lefonctionnement de couverts végétaux à des échelles spatiales et temporelles variées. Pour ce faire,les relations entre indices optiques et phénomènes biologiques ont été étudiées en suivant unedémarche de transfert d’échelle, des échelles les plus fines aux plus larges. Il a été montré que le PRI(Photochemical Reflectance Index), utilisé en tant qu’indicateur du LUE (Light Use Efficiency), est parnature un signal composite qui reflète principalement la régulation du rendement de laphotosynthèse sur des échelles de temps fines, et la structure et composition biochimique ducouvert à l’échelle de la saison. L’analyse de courbes de réponse du PRI au PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) a permis de déconvoluer ces deux sources de variabilité, via l’introduction duconcept de PRI0 ou PRI d’une feuille idéalement adaptée à l’obscurité. Ce PRI0, capturant la variabilitédu PRI indépendante du LUE, a pu être mesuré à l’échelle de la feuille, et estimé à l’échelle de jeunescouverts végétaux et de la parcelle. Cette variabilité a pu être expliquée à l’échelle de la feuille et dejeunes couverts végétaux par les variations du contenu en pigment des feuilles. A l’échelle depeuplements adultes et de l’année, elle résulte cependant d’effets combinés de la compositionbiochimique et de la structure des couverts qui n’ont pu être séparés. Ces effets sont susceptiblesaux échelles larges de masquer en bonne partie, voire de biaiser la relation entre PRI et LUE. Il a enoutre été montré que la représentativité du PRI est limitée aux strates supérieures des canopées etdépend de la structure du couvert et du climat lumineux, ce qui peut limiter son intérêt en tantqu’estimateur du LUE à l’échelle de l’écosystème. Ces résultats soulignent la nécessité de prendre encompte la structure et la composition biochimique des couverts végétaux dans le cadre d’uneutilisation du PRI en tant que proxy du LUE de l’écosystème. / In order to assess the effect of global warming, a good understanding of carbon functioning ofterrestrial ecosystems is needed. The study of terrestrial ecosystem carbon fluxes and responses toabiotic stress remain challenging due to their high spatial and temporal variability. The use of remotesensing may help us to describe those sources of variability. The aim of this work is to assess thepotential of remote sensing as a way to describe canopy structure and functioning over a broadrange of temporal and spatial scales. The relationships between optical indices and biologicalphenomenon were investigated over a range of increasing scales. The PRI (PhotochemicalReflectance Index), used as a proxy of the LUE (Light Use Efficiency) was shown to be a compositesignal, mainly impacted by the regulation of the LUE at short time scales, and by canopy structureand pigment content at seasonal scale. The analysis of PRI response to PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) allowed us to deconvolve those two sources of variability thanks to theintroduction of the PRI0 defined as the PRI of ideally dark adapted leaves. The PRI0 was shown toefficiently describe the LUE unrelated PRI variability, and could be measured at leaf scale, andestimated at the leaf, canopy and stand scales. This variability could be explained by changes in leafpigment content over the growing season at leaf and canopy scales. At the stand scale and over theyear, this LUE independent PRI variability resulted from combined effects of canopy structure andpigment content, which could not be separated. These effects may result in biased or masked PRIversus LUE relationships at larges scales. Moreover, it was shown that the in-situ PRI measurementsmainly responded to the LUE of sunlit leaves, depending on canopy structure and sky conditions. Thismay considerably hamper the use of the PRI as a proxy of the whole ecosystem LUE. These resultsillustrate the need to take canopy structure and pigment content into account while using the PRI asa proxy of the ecosystem LUE.

Les coraux Scléractiniaires se développent généralement dans la zone photique peu profonde, exposée au rayonnement ultraviolet (UVs), la composante la plus dangereuse du rayonnement solaire. Le rayonnement UVs augmente avec le réchauffement climatique et s’ajoute à l’ensemble des pressions auxquelles sont soumis les coraux. Les enjeux de cette thèse ont été 1) de mieux comprendre les effets des UVs sur la réponse physiologique des coraux, les flux de matière organique et les bactéries associées au mucus et au corail; et 2) de caractériser l’effet combiné des UVs et d’une augmentation de température, et/ou d’un changement de disponibilité en sels nutritifs. Les résultats obtenus montrent tout d’abord que l’exposition des coraux aux UVs amplifie l’effet négatif de la température sur leur physiologie. Il en est de même pour l’absence en sels nutritifs, essentiels pour la physiologie corallienne. Nos résultats indiquent également que la sensibilité des coraux à un stress UV dépend de l’espèce étudiée et de la densité de symbiontes présents dans les tissus. L’effet négatif des UVs augmente avec la densité de symbiontes, vraisemblablement dû à la formation d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) qui provoquent des dommages à l’organisme. Dans cette thèse, nous avons montré que la voie de signalisation JNK (c-Jun N-terminal kinase), hautement conservée au sein des êtres vivants, est impliquée dans la gestion de ces espèces réactives et que son inhibition entraine un blanchissement très rapide des coraux sous UVs et forte température. Finalement, l’excrétion de matière organique ainsi que les bactéries associées sont également impactés par les UVs ce qui pourrait contribuer à d’importants changements biochimiques dans l’eau des récifs coralliens. Les travaux de cette thèse apportent de nouvelles connaissances sur les effets des UVs sur les coraux et soulignent l’importance de les prendre en considération lors de nos prédictions sur le devenir des récifs coralliens face au réchauffement climatique. / Scleractinian corals mainly grow in the shallow euphotic zone, exposed to ultraviolet radiation (UVR), the most harmful part of the solar radiation. UVR increases with climate change and adds to the different environmental pressures that corals are facing. The aims of this thesis were to 1) better understand the effects of UVR on coral physiology, organic matter fluxes and associated bacteria; 2) assess the combined effects of UVR and thermal stress and/or nutrient level. Results show that UVR worsens the negative effect of temperature on coral physiology, similarly to nutrient depletion. Our results also indicate that the sensitivity to UVR stress (i.e. an increase in UVR) is species dependent and function of the symbiont density. The negative effects of UVR increase with the number of symbionts, likely due to the formation of reactive oxygen species (ROS) which cause cellular damages. In the thesis, we showed that the JNK signalling pathway (c-Jun N-terminal kinase), highly conserved in living organisms, is involved in the early response of corals to UVR and its activation is required to repress stress-induced ROS accumulation. Finally, organic matter release and mucus and coral-associated bacteria are also significantly impacted by UVR, which could contribute to important biochemical changes in reef waters. The work conducted in this thesis brings new insights into the effects of UVR on corals and highlights the importance of taking this environmental factor into account when predicting the future of coral reefs under climate change.

L'anticipation des effets des changements climatiques nécessite une bonne compréhension dufonctionnement carboné des écosystèmes continentaux. L'une des principales contraintes liées àl'étude de ces écosystèmes est la forte variabilité à la fois spatiale et temporelle de leurs flux decarbone et de leurs réponses aux contraintes abiotiques. L'usage de méthodes de télédétectionoptiques pourrait permettre de suivre de façon spatialisée le fonctionnement des couverts végétaux.Ce travail vise à évaluer le potentiel de méthodes de télédétection pour décrire la structure et lefonctionnement de couverts végétaux à des échelles spatiales et temporelles variées. Pour ce faire,les relations entre indices optiques et phénomènes biologiques ont été étudiées en suivant unedémarche de transfert d'échelle, des échelles les plus fines aux plus larges. Il a été montré que le PRI(Photochemical Reflectance Index), utilisé en tant qu'indicateur du LUE (Light Use Efficiency), est parnature un signal composite qui reflète principalement la régulation du rendement de laphotosynthèse sur des échelles de temps fines, et la structure et composition biochimique ducouvert à l'échelle de la saison. L'analyse de courbes de réponse du PRI au PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) a permis de déconvoluer ces deux sources de variabilité, via l'introduction duconcept de PRI0 ou PRI d'une feuille idéalement adaptée à l'obscurité. Ce PRI0, capturant la variabilitédu PRI indépendante du LUE, a pu être mesuré à l'échelle de la feuille, et estimé à l'échelle de jeunescouverts végétaux et de la parcelle. Cette variabilité a pu être expliquée à l'échelle de la feuille et dejeunes couverts végétaux par les variations du contenu en pigment des feuilles. A l'échelle depeuplements adultes et de l'année, elle résulte cependant d'effets combinés de la compositionbiochimique et de la structure des couverts qui n'ont pu être séparés. Ces effets sont susceptiblesaux échelles larges de masquer en bonne partie, voire de biaiser la relation entre PRI et LUE. Il a enoutre été montré que la représentativité du PRI est limitée aux strates supérieures des canopées etdépend de la structure du couvert et du climat lumineux, ce qui peut limiter son intérêt en tantqu'estimateur du LUE à l'échelle de l'écosystème. Ces résultats soulignent la nécessité de prendre encompte la structure et la composition biochimique des couverts végétaux dans le cadre d'uneutilisation du PRI en tant que proxy du LUE de l'écosystème.

Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé deux modèles mathématiques complémentaires pour simuler le comportement futur des plantations de café sous conditions actuelles ainsi que sous changements climatiques (1979 -2100). Nous avons étudié leurs bilans de carbone, d'eau et d'énergie pour mieux comprendre et prévoir les effets des changements sur la production de café. Comparativement à une plantation en plein soleil, l'ajout d'arbres d'ombrage au dessus des caféiers pourrait permettre d'augmenter les rendements lorsque la température augmente. Cependant, les rendements en grain de caféiers à l'horizon 2100 sont prédits inférieurs aux rendements actuels quelle que soit l'espèce d'arbres d'ombrage ou sa gestion. / In this thesis, we used two complementary mathematical models to simulate the future behavior of coffee plantations under climate change (1979 - 2100). We studied their carbon, water, and energy balances to better understand and predict the effects of these changes on coffee production. The addition of shade trees above the coffee layer leadto higher yield compared to full sun management under increased temperature.However, coffee yield was predicted to decrease compared to current levels by 2100,whatever the shade tree species or management.

Chez la banane dessert, les saveurs sucrée et acide, caractéristiques importantes pour les consommateurs, sont pilotées par les teneurs en acides citrique et malique. Ce travail a donc porté sur l’étude des processus physiologiques qui pilotent l’accumulation de ces acides dans la pulpe de banane (Musa sp. AA) en combinant analyse expérimentale et modélisation écophysiologique. Nous nous sommes notamment intéressés à l’effet du génotype et des conditions de croissance du fruit en adoptant une approche intégrative liant les phases pré et post récolte.Les effets de la charge en fruit, de la fertilisation potassique, et du stade de récolte sur l’accumulation du citrate et du malate dans la pulpe ont été étudiés expérimentalement. La variabilité génotypique a été prise en compte en choisissant trois génotypes présentant des acidités contrastées à maturité. Des différences d’évolution des teneurs en acides, dues à des modifications métaboliques, ont été observées entre les génotypes pendant les phases pré et post récolte. Le stade de récolte a eu un effet significatif sur les teneurs en acides des fruits pendant la maturation post récolte. La charge en fruit et la fertilisation potassique n’en ont eu aucun. Des modèles écophysiologiques ont été développés pour prédire différents critères d’acidité de la banane en pré et post récolte. Le pH et l’acidité titrable ont été prédits par un modèle d’équilibres acido-basiques, la teneur en malate par un modèle de stockage vacuolaire, et la teneur en citrate par un modèle du cycle de Krebs. Ces modèles ont permis d’identifier les processus physiologiques clés qui pilotent l’acidité de la banane. Des paramètres génotypiques ont été identifiés liés à l’activité de l’enzyme malique mitochondriale et à celle des transporteurs mitochondriaux du malate pour le modèle citrate, et à l’activité des pompes à protons vacuolaire ATPases pour le modèle malate. Ces modèles ont également permis de disséquer l’effet des conditions de croissance du fruit sur l’acidité de la banane. L’intégration des modèles développés dans un modèle d’élaboration de l’acidité et son utilisation potentielle pour l’amélioration variétale sont discutées. / Citric and malic acids determine the sourness and sweetness of banana pulp, which are the two main determinants of consumer preferences. The present work focused on the physiological processes controlling the accumulation of citric and malic acids in banana pulp (Musa sp. AA) using experimental analysis and ecophysiological modeling. We chose an integrative approach linking the pre and post-harvest stages, and focused on the effect of genotype and fruit growing conditions. Experiments were conducted to study the effect of fruit load, potassium fertilization and fruit age at harvest on the accumulation of citrate and malate in banana pulp. To account for genotypic variability, three genotypes with contrasting acidity at the eating stage were studied. Major differences in the pattern of citrate and malate accumulation were found in the three cultivars both during growth and post-harvest ripening and were shown to be the result of metabolic changes. The harvest stage had a significant effect on the concentrations of acids during post-harvest ripening. Fruit load and potassium fertilization had no effect.Ecophysiological models were developed to predict several banana acidity criteria during the pre and post harvest stages. pH and titratable acidity were predicted by a model of acid-base reactions; malate content by a model of vacuolar storage; and citrate content by a model of the TCA cycle. These models led to the identification of the key physiological processes that control banana acidity. Genotypic parameters were identified, which were related to the activity of the mitochondrial malic enzyme and of the malate mitochondrial carriers in the citrate model, as well as to the activity of the vacuolar proton pump, ATPase, in the malate model. The two models were also used to analyze the effects of fruit growth conditions on banana acidity.Combining the three models in a global model of banana acidity, and the possible use of this model for varietal improvement are discussed.

Les métaux traces comme le plomb, le zinc sont essentiellement émis par les activités anthropiques et se retrouvent de ce fait à des concentrations beaucoup plus élevées en milieux urbains qu’en milieux ruraux. Durant ma thèse, j’ai tout d’abord testé les effets écotoxicologiques d’une exposition chronique au plomb et/ou au zinc, deux métaux particulièrement abondants en milieu urbain, chez le pigeon biset (Columba livia). J’ai ainsi pu montrer des effets nocifs du plomb, et bénéfiques du zinc sur l’immunité, le maintien de la corpulence et plusieurs paramètres de la reproduction. Du fait de la variabilité des réponses écophysiologiques des individus, les métaux traces sont susceptibles d’exercer de nouvelles pressions de sélection sur les populations urbaines et favoriser les individus capables de se détoxifier ou de tolérer de fortes concentrations en métaux. Au cours de ma thèse, j’ai mis en évidence le rôle de la mélanine dans la fixation du zinc et du plomb au niveau des plumes. Par ailleurs la coloration mélanique du plumage semblent moduler les effets du plomb et du zinc sur certains paramètres physiologiques, et les juvéniles au plumage davantage mélanique survivent mieux dans un environnement pollué en plomb. Quels que soient les mécanismes sous-jacents (i.e. rôle détoxifiant de la mélanine ou effets pléiotropes associés à sa synthèse), mes résultats soulignent l’avantage sélectif potentiel de la mélanisation du plumage dans un environnement pollué en métaux traces, dont notamment le milieu urbain. Cette étude apporte des réponses essentielles sur l’impact écologique de l’urbanisation et les mécanismes permettant le maintien du polymorphisme de coloration mélanique du plumage, et plus largement des phanères. / Trace metals, such as lead and zinc are mainly emitted by human activities, explaining their high concentrations in urban areas in comparison with rural environments. During my PhD, I first investigated the ecotoxicological effects of a chronic exposure to lead and/or zinc, two abundant metals in urban areas, in feral pigeons (Columba livia). I stressed deleterious effects of lead, while beneficial effects of zinc on immunity, body mass index maintenance and several parameters of reproduction. Because sensitivity to trace metals differs between individuals, trace metals may exert new selective pressures on urban populations and favour individuals with higher detoxification capacities and that are more tolerant to elevated environmental trace metals concentrations. My work puts ahead the role of melanin in the storage of zinc and lead in the feathers. Moreover, melanin-based plumage colouration seems to modulate the effects of lead and zinc on some of the physiological parameters measured and darker juveniles were more prone to survive than paler ones when exposed to lead. Whatever the underlying mechanism (i.e. the detoxification role of melanin or the pleiotropic effects associated with its synthesis), my results suggest a selective advantage of plumage melanism in environments polluted with trace metals, such as urban areas. This study brings key answers on the ecological impact of urbanization and on the mechanisms explaining melanin-based plumage colouration polymorphism maintenance.

Evaluer l'effet du climat sur la croissance des arbres forestiers, et notamment leur capacité de production de biomasse en situation de contrainte hydrique, passe par la quantification du niveau de plasticité phénotypique des individus et de la diversité génétique des populations au sein de l'espèce étudiée. Le pin maritime, plante pérenne d'intérêt économique majeur en Aquitaine, largement étudiée au niveau génétique et écophysiologique, est un excellent modèle biologique pour mener à bien ce type d'étude. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la variabilité phénotypique de nombreux caractères liés à la croissance du pin maritime au jeune âge, en fonction de contraintes abiotiques essentiellement liées à la disponibilité en eau. Nous avons par ailleurs documenté l'architecture génétique de ces traits en termes de nombre, position sur une carte génétique et effet des gènes majeurs (QTL) qui contrôlent une partie de cette variabilité phénotypique.Dans le cadre de travaux de cette thèse, nous avons utilisé deux dispositifs expérimentaux: l'un composé de trois familles F1 issues de croisements contrôlés de parents d'origines géographiques contrastées (Corse, Landes et Maroc), l'autre d'une famille F2 issue de l'autofécondation d'un hybride Corse x Landes. Le premier essai comprenait 1500 individus semés en 2007 sur lesquels la hauteur et le diamètre ont été mesurés annuellement de 2010 à 2014. Nous avons également noté l'évolution de la phénologie du débourrement apical pendant deux années consécutives (2012 et 2013). Enfin, la dynamique de la croissance radiale de 239 génotypes (répartis sur deux des trois familles) a été suivie en continu pendant trois années (2011-2013) grâce à un dispositif unique de capteurs de déplacement continu (microdendromètres). Le second essai comprenait 500 arbres semés en 1998 et dont le carottage au niveau du tronc début 2011 a permis d’établir le profil microdensitométrique sur 7 années consécutives (2004-2010). En parallèle, le génotypage des descendants des 4 croisements a été réalisé grâce à l'aide de biopuces à ADN, ce qui a permis de construire des cartes génétiques. L'analyse conjointe de l'information phénotypique et génotypique a permis d'identifier des QTL pour l'ensemble des caractères et d'étudier leur stabilité en fonction des conditions environnementales et du fond génétique.Cette étude a montré que le débourrement est variable en années en fonction des contraintes de températures et du fond génétique. Tout comme la croissance primaire et secondaire, le débourrement est contrôlé par de nombreux QTL à effets modérés qui varient en fonction de l’environnement climatique et du fond génétique. Le suivi de la dynamique saisonnière de la formation du bois a également montré une interaction QTL x environnement révélant que la densité du bois est régulée par différents gènes ou le même jeu de gènes régulé de façon différentielle en fonction du climat. Enfin, La dernière partie de cette étude a permis de mettre en évidence, pour la première fois, la variabilité intra-spécifique des fluctuations journalières du tronc et son interaction avec des variables environnementales. [...] / Evaluating the impact of climate change on current plantations supposes the evaluation of their phenotypic plasticity and their genotypic diversity within the species, under abiotic pressure. Maritime pine is a perennial species of major economical interest in the french Aquitaine region. Wildly studied genetically and ecophysiologically, maritime pine is a very good biological model to see that type of study to the end. In this thesis, we intend to study various traits related to maritime pine growth under a biotic constraints, according to the following approaches: (1) evalutation of the phenotypic variability and (2)dissection of the genetic architecture of the traits (number, location and effects of QTLs). The comparisonbetween envrionmental and phenotypic data will allow us to appreciate the phenotypic pasticity of individuals. Afterwards, studying the genetic architecture of these traits and its variability according to the genetic background of individuals and environmental conditions will allow us to assess the stability ofdetected QTLs.We used 4 progenies of maritime pines: 3 controlled crosses of parents originated from contrasted ecotypes (Corsica, Landes and Morocco) and 1 controlled cross from a second generation of self-pollination (F2). Micro-cores were extracted from the individuals of the F2 population andmicrodensity profiles were established trough 7 consecutive years. Total height and diameter of eachindividual were measured once a year on the 3 others crosses, from 2010 to 2014. Dynamics of apical budburst was also followed on the same individuals in 2012 and 2013. Finally, dynamics of radial growth were monitored on a sub-sample of 239 individuals (spread in 2 of the 3 controlled crosses) during 3 yearsthanks to a unique device of microdendrometers.At the same time, all individuals (form the 4 crosses) were genotyped with several DNA bioarraysof molecular markers, allowing the building of genetic maps. The confrontation of phenotypic and genotypic data enabled to identify genome are as involved in the genetic architecture behind the traitsand to study their stability according to environmental conditions and the genetic background of individuals.This study showed that bud burst varies from year to year, depending on the conditions oftemperature and of the genetic background of individuals. Same way as growth, bud burst is controlled bymany QTLs of moderate effect, varying according to climatic conditions and the genetic background of individuals. The monitoring of seasonal dynamics of wood formation also showed a QTL x environment interaction revealing that wood density is regulated by different genes or the same set of genes,differentially regulated in response to the climate. The last part of the study puts forwards, for the firsttime, the variability of radius daily fluctuations within a full-sib family and its interaction with environmental variables. [...]

Les crevettes Palaemonidae sont issues d'un clade ancestral marin, qui a montré une tendance évolutive remarquable à s'adapter à des conditions non-marines, envahissant avec succès les milieux estuariens et limniques. Adulte, Macrobrachium amazonicum (A) est une espèce d'eau douce (ED) avec une stratégie d'exportation vers les estuaires des larves qui ont besoin d'eau salée pour se développer. Des populations se sont trouvées au cours du temps isolées en ED ; elles ont récemment été décrites comme une nouvelle espèce, M. pantanalense (P), qui a acquis au cours de son évolution la capacité d'effectuer tout son cycle en ED, grâce à l'acquisition de l'hyper-osmorégulation en ED dès l'éclosion, et en perdant l'hypo-osmorégulation en eau salée. Ces deux espèces représentent un bon modèle pour la reconstruction des transitions évolutives des crevettes de l'eau salée à l'ED. L'objectif de ce travail est de comprendre les différences liées à l'adaptation physiologique et moléculaire à l'ED et donc à l'osmorégulation entre les deux espèces au cours de l'ontogénèse. Pour cela nous avons étudié l'ontogenèse comparative des organes osmorégulateurs, en particulier de la cavité branchiale, et la localisation et expression de différents transporteurs ioniques. Au niveau structural, aux stades larvaires, P a un développement branchial plus précoce que A. La Na+/K+ ATPase (NKA) a été essentiellement immunolocalisée au niveau des branchies chez P et au niveau des branchiostégites chez A aux mêmes stades larvaires. Ceci suggère que la forte capacité d'hypo-osmorégulation durant l'ontogenèse de A est liée aux transports ioniques dans les branchiostegites, alors que les lamelles branchiales ne sont pas complètement développées. Sur le plan ultrastructural, les lamelles branchiales des deux espèces comportent deux types de cellules associées, les cellules septales et les cellules piliers qui toutes deux présentent des caractéristiques d'ionocytes. Une différentiation ultrastructurale a été observée au niveau des cellules piliers et de l'épithélium interne des branchiostégites suite à une acclimatation en ED. Ces cellules présentent des microvillosités apicales, profondes et nombreuses, ce qui semble être une adaptation aux faibles salinités permettant une absorption efficace d'ions. Les transporteurs ioniques impliqués dans l'osmorégulation ont été étudiés. La V-H+ ATPase (VHA) a été détectée au niveau des cellules piliers et de l'épithélium interne des branchiostégites. La NKA et l'échangeur Na+/H+ (NHE-3) ont été localisés au niveau des cellules septales. Des différences d'expressions géniques de la VHA, du NHE-3 et de la NKA ont été mesurées en comparant les 2 espèces à certains stades de développement. La distribution différentielle de ces transporteurs entre les cellules piliers et septales suggère que ces deux cellules pourraient fonctionner comme un complexe cellulaire pour absorber ou sécréter des ions. Chez P, la capacité de tous les stades à hyper-réguler en ED peut provenir du développement précoce des branchies fonctionnelles, et la perte de l'hypo-régulation peut être liée au manque de transports ioniques au niveau des branchiostégites. Enfin, les glandes excrétrices antennaires produisent de l'urine hypotonique chez les juvéniles et adultes des deux espèces en ED, ce qui diminue les pertes ioniques. Ces résultats illustrent des adaptations évolutives (perte et gain de fonctions) qui ont permis l'invasion des habitats d'ED. / Palaemonid shrimps originate from an ancestral marine clade showing a remarkable evolutionary ability to adapt to non-marine conditions, successfully invading estuarine and limnic habitats. Macrobrachium amazonicum (A) is a freshwater (FW) species as an adult with an export strategy toward estuaries of larvae requiring salt water for their development. Over time, some populations ended up isolated in FW; recently, they have been described as a new species, M. pantanalense (P), which during its evolution has become able to complete its entire life cycle in FW, thanks to the acquisition of hyper-osmoregulation in FW from hatching, while loosing hypo-osmoregulation in salt water. The two species offer a valuable model to reconstruct the evolutionary transitions of shrimps from salt water to FW. The objective of this study was to decipher the differences in physiological and molecular adaptations to FW, thus in osmoregulation, between both species during ontogeny. We studied the comparative ontogeny of osmoregulatory organs, particularly the branchial chamber, and the localization and expression of ion transporters. During the larval phase, we found that the gill development starts earlier in P than in A. Na+/K+ ATPase (NKA) was mainly localized in gills of P and in branchiostegites of A at the same larval stages. This suggests that the high capacity to hypo-osmoregulate during the ontogeny of A originates from ionic transports in branchiostegites, while gill lamellae are not fully developed. In both species, the gill lamellae contain two associated cells types, septal and pillar cells, displaying features of ionocytes. After FW acclimation, ultrastructural differences were observed in pillar cells and in the inner epithelium of branchiostegites. These cells possess numerous deep apical microvilli, a possible adaptation to low salinities for efficient ion uptake. Regarding ion transporters involved in osmoregulation, V-H+ ATPase (VHA) was detected in pillar cells and in the inner branchiostegite epithelium. NKA and Na+/H+ exchanger (NHE-3) were localized in septal cells. Differences in VHA, NHE-3 and NKA gene expression were observed by comparing the two species at certain developmental stages. The differential distribution of these transporters between pillar and septal cells suggest that these two cells may function as a cell complex for ion absorption or secretion. In P, the capacity of all stages to hyper-regulate in FW may originate from the early development of functional gills; and the loss of hypo-regulation may originate from an absence of ion transport in branchiostegites. Finally, the excretory antennal glands produce hypotonic urine in juveniles and adults of both species in FW, thus reducing ion loss. These results illustrate evolutionary adaptations (gain and loss of functions) that have permitted the invasion of FW habitats.

Les phlorotannins, polymères du phloroglucinol, sont des composés phénoliques (CP) uniquement retrouvés chez les algues brunes (Phéophycées). Ces métabolites présentant des activités anti-oxydantes, interviendraient dans la formation de la paroi, mais à ce jour leur voie de biosynthèse reste non élucidée. L'annotation du génome de l'algue brune Ectocarpus, a permis d'identifier des gènes homologues codant pour des enzymes de la biosynthèse des CP chez les plantes terrestres. Une polyketide synthase de type III (PKSIII), a été caractérisée: elle synthétise le phloroglucinol. La recherche d'autres cibles a été poursuivie sur des gènes codant pour des chalcone-isomérases-like (CHIL), ainsi que pour des phénol-sulfotransférases homologues d'enzymes de sulfatation des flavonoïdes. Les CHIL se sont révélées être des fatty acid binding protein (FAP) impliquées dans le métabolisme des acides gras. L'intérêt pour cette nouvelle famille a justifié leur caractérisation biochimique puis fonctionnelle par complémentation de mutants FAP d'Arabidopsis thaliana. L'élucidation progressive des voies de biosynthèse des phlorotannins a servi de base pour étudier les mécanismes de régulation de ce métabolisme chez les Phaeophycées. En combinant des approches intégrées d'expression de gènes cibles, de dosages et de profilages de phlorotannins solubles, nous avons pu montrer que ces composés assurent une protection constitutive chez Fucus vesiculosus en réponse aux UV-B, et que leur métabolisme serait induit très précocement au cours de l'herbivorie. Le développement d'outils moléculaires spécifiques de ces voies métaboliques, ouvre de nouvelles perspectives en écophysiologie et en écologie. / Phlorotannins are polymers of phloroglucinol that are specific phenolic compounds of brown algae (Phaeophyceae). These metabolites present antioxidant activities and are potentially involved in the formation of cell-walls but their biosynthetic pathway is currently uncharacterized. The genome annotation of the brown algae Ectocarpus provided some information about conserved genes which are implicated in the synthesis of phenolics in terrestrial plants. One polyketide synthase of type III (PKSIII) has been successfully characterized: it produces phloroglucinol. The search for other targets has been pursued in brown algae focusing mainly on chalcone isomerase-like (CHI-like) genes, as well as on phenol-sulfotransferases, which are implicated in the sulfation of flavonoids. The characterization of CHIL has revealed their implication in fatty acid binding (FAP). However, the level of interest for this new family has led to their biochemical characterization and to functional studies by complementation of gene in the Arabidopsis thaliana FAP mutant. The progressive elucidation of the phlorotannin biosynthesis pathway has been used in order to discover mechanisms which regulate this metabolism in brown algae. By combining integrated approaches of gene expression profiling with the quantification and profiling of soluble phlorotannins, we have shown that these metabolites ensure the constitutive protection in Fucus vesiculosus against UV-B radiation and could also be induced as a very early response to grazing. The development of specific molecular tools for this metabolic pathway opens some news perspectives in ecophysiological and ecological studies.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.