Les interactions entre les membres d'une communauté microbienne peuvent être un moyen d'adaptation dans l'environnement. Parmi les nombreuses interactions qui ont lieu dans un écosystème et qui joue un rôle majeur sur la diversité et la dynamique des populations microbiennes est celui des virus procaryotes et leurs hôtes. Les virus peuvent également arbitrer le transfert de matériel génétique entre les procaryotes (transduction), qui pourrait être un mécanisme d'adaptation rapide. Afin de déterminer l'impact potentiel des virus et la transduction, nous avons besoin d'une meilleure compréhension de la dynamique des interactions entre virus et leurs hôtes dans l'environnement. Les données sur les virus de l'environnement sont rares, et les méthodes pour le suivi de leurs interactions avec les procaryotes sont nécessaires. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPRs), qui contiennent des séquences virales dans les génomes bactériens, pourraient aider à documenter l'histoire des interactions virus-hôte dans l'environnement. Ainsi, cette thèse vise à explorer les interactions virus-hôte dans un environnement donné à travers du séquences CRISPR.Les virus de la cryosphère sont considérés comme abondantes, très actif et avec de larges gammes d'hôtes. Ces caractéristiques pourraient faire de la transduction virale, un facteur clé pour l’adaptation microbienne dans ces environnements. Des métagénomes publics créés à partir des environnements avec une gamme de températures différents ont été examinés. De cette manière, certaines dynamiques d'interactions virus-hôte se sont révélées comme ayant une corrélation avec la température. Un flux de travail a ensuite été développé pour créer un réseau reliant les virus et leurs hôtes en utilisant des séquences CRISPR obtenus à partir de données métagénomiques de la glace des glaciers et du sol de l'Arctique. La création de réseaux d'infection à traves du CRISPRs a fourni une nouvelle perspective sur les interactions virus-hôte. En outre, nous avons cherché des événements de transduction dans les données métagénomiques par la recherche de séquences virales contenant de l'ADN microbien. L’analyse indiquée que les bactériophages du Ralstonia pourraient être des agents de transduction dans la glace des glaciers de l'Arctique. / Interactions between the members of a microbial community can be a means of adaptation in the environment. Among the many interactions that take place in an ecosystem and have been seen to play a major role on microbial diversity and population dynamics is that of prokaryotic viruses and their hosts. Viruses can also mediate the transfer of genetic material between prokaryotes (transduction), which could be a mechanism for rapid adaptation. In order to determine the potential impact of viruses and transduction, we need a better understanding of the dynamics of interactions between viruses and their hosts in the environment. Data on environmental viruses are scarce, and methods for tracking their interactions with prokaryotes are needed. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPRs), which contain viral sequences in bacterial genomes, might help document the history of virus-host interactions in the environment. Thus, this thesis aimed to explore virus-host interactions in a given environment through CRISPRs. Viruses in the cryosphere have been seen to be abundant, highly active and with broad host ranges. These characteristics could make viral transduction a key driver of adaptation in these environments. Public metagenomes created from environments over a range of temperatures were examined through sequence and CRISPR analysis. In this fashion, certain virus-host interaction dynamics were found to have a correlation with temperature. A workflow was then developed to create a network linking viruses and their hosts using CRISPR sequences obtained from metagenomic data from Arctic glacial ice and soil. The creation of CRISPR-based infection networks provided a new perspective on virus-host interactions in glacial ice. Moreover, we searched for transduction events in metagenomic data by looking for viral sequences containing microbial DNA. Further analysis of the viral sequences in the CRISPRs indicated that Ralstonia phages might be agents of transduction in Arctic glacial ice.

Les communautés microbiennes de sédiments de subsurface ont été décrites jusqu’à 1922 mbsf (meters below the seafloor) et pourraient représenter 0,6% de la biomasse totale. Largement incultivées, ces communautés comprennent des groupes endémiques aux environnements de subsurface et des généralistes retrouvés dans des environnements contrastés, appartenant aux 3 domaines du vivant (Bacteria, Eukarya and Archaea). Bien que jouant un rôle majeur dans les grands cycles géochimiques, l’écologie microbienne des sédiments de subsurface reste peu connue. Les conditions hostiles de ces sédiments contrastent avec la présence d’activité et de viabilité microbiennes. Dans ce contexte, de nombreuses questions sur les modes de vie et les métabolismes des microorganismes enfouis demeurent. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre quelles stratégies adaptatives pouvaient être mises en place par les communautés microbiennes de subsurface et de caractériser leur potentiel physiologique. Pour cela, 3 approches ont été utilisées.(1) Une approche culturale a permis de décrire 2 nouvelles espèces bactériennes sédimentaires (Halomonas lionensis, ungénéraliste versatile, et Phaeobacter leonis, une bactérie marine typique). L’étude de la résistance aux conditions de subsurface de ces deux espèces et de la bactérie Sunxiuqinia faeciviva, isolée à 247 mbsf, a ensuite été étudiée. (2) Par une étude de génomique comparée et structurale, la plasticité physiologique de H. lionensis a été analysée. (3) Enfin, le potentiel fonctionnel de communautés microbiennes enfouies à 31 et 136 mbsf dans le bassin de Canterbury a été étudié, en analysant les 2métagénomes correspondants. Les résultats culturaux et génomiques montrent que H. lionensis et S. faeciviva résistent mieux aux stress de subsurface que P. leonis et, dans le cas de H. lionensis, ceci impliquerait des propriétés physiologiques variées pouvant expliquer le succès écologique du genre Halomonas. Les données de métagénomique indiquent que les diversités phylogénétique et fonctionnelle de subsurface du bassin de Canterbury sont distinctes de celles d’environnements de surface et suggèrent que des métabolismes comme la fermentation, la méthanogenèse ou la β-oxydation pourraient être importants. La présence de gènes d’importance écologique et évolutive a permis d’émettre des hypothèses sur les modes de vie de ces microorganismes et des évènements de recombinaison génomique de groupes toujours incultivés ont aussi pu être décrits / Microbial communities inhabiting marine subsurface sediments were described up to 1922 mbsf (meters below the sea floor) andcould represent 0.6% of the total biomass. This microbial diversity, remaining elusive to cultivation, comprises groups specific to subsurface environments and groups of generalists found in contrasted habitats, all belonging to the 3 domains of life (Bacteria,Eukarya and Archaea). Although playing a major role in global geochemical cycles, the microbial ecology of the subseafloor remains largely unknown. The hostile conditions of subsurface sediments contrast with the descriptions of microbial activity andviability in the subseafloor. In this context, many questions related to the microbial physiology and the lifestyles of buried communities remain to be answered. The objective of this thesis was to better understand which adaptive strategies could be deployed by subseafloor microbial communities and to characterize their physiological potential. In that aim, 3 approaches were used.(1) A cultural approach enabled describing 2 novel sedimentary bacterial species (Halomonas lionensis, a versatile generalist and Phaeobacter leonis a typical marine bacterium). The survival of these 2 species to subseafloor conditions and of the subsurface bacteria Sunxiuqinia faeciviva, isolated at 247 mbsf, was then studied. (2) Using a structural and comparative genomic approach, the physiological plasticity of H. lionensis was investigated. (3) Finally, the functional potential of the microbial communities buried at 31 and 136 mbsf in the Canterbury Basin was analyzed, by studying the 2 corresponding metagenomes. Cultural and genomics results showed that H. lionensis and S. faeciviva are more resistant to subsurface constrains than P. leonis and, in the case of H. lionensis, this may involve various physiological properties, maybe explaining thee cological success of the genus Halomonas. Metagenomic data showed that the functional and the phylogenetic diversity of the subseafloor are distinct from the ones from surface environments and highlighted the importance of metabolic pathways like fermentation, methanogenesis and β-oxidation. Genes of ecological and evolutionary interests enabled speculating about lifestyles of buried microorganisms and analyses of genomic fragments highlighted recombination events of still uncultivated microbial groups