Comprendre les facteurs favorables à l’établissement et au maintien de proliférations d’algues toxiques et nuisibles est essentiel afin de mieux les prévoir. L’allélopathie, c’est-à-dire la libération de composés qui inhibent les compétiteurs, favorise l’espèce allélopathique et contribue ainsi à modifier la communauté planctonique. Les dinoflagellés toxiques du genre Alexandrium produisent des composés allélopathiques, cependant les interactions allélopathiques sont encore mal comprises. L'objectif de cette thèse était de contribuer à la compréhension des mécanismes d’allélopathie en étudiant l'interaction allélopathique entre A. minutum et la diatomée Chaetoceros muelleri. Les résultats de ces travaux ont mis en évidence que les composés allélopathiques d'A.minutum perturbaient le fonctionnement des membranes des diatomées en quelques minutes. La cascade d'événements physiologiques suivant l'interaction allélopathique comprend des effets tels que la perméabilisation de membranes, l'inhibition de la photosynthèse, la production d'espèces réactives de l'oxygène et la modification de la composition des membranes. Ce projet a mis en évidence le fait que l’allélopathie d’A. minutum est sous contrôle environnemental, son activité s’est accrue d’un facteur 4 en présence de concentrations toxiques de Cu. Enfin, le développement d’un bioessai a facilité la purification des composés allélopathiques par fractionnement guidé. Nous avons isolé un groupe de candidats hydrophobes dont l’activité doit être testée après isolement. Cette thèse propose de nouveaux outils et ouvre de nouvelles perspectives pour étudier les conséquences de ces interactions dans les écosystèmes marins. / Understanding the factors that favor the establishment and the persistance of harmful algal blooms is essential for predicting them. Allelochemical potency, i.e. the release of compounds that inhibit competitors, is hypothesized to favor the organisms that produce them and shape plankton community. The toxic dinoflagellates from the genus Alexandrium produce allelochemicals, however, associated interactions are poorly understood. The objective of this thesis is to contribute to our understanding by studying the mechanisms behind the allelochemical interactions between the A. minutum and the diatom Chaetoceros muelleri. The results of this work have highlighted that A. minutum allelochemicals disrupted membrane functioning of the diatoms within minutes. The cascade of physiological events following the allelochemical interaction that was described here, included permeabilisation of membranes, inhibition of photosynthesis, production of reactive oxygen species and modifications of the biochemical composition of membranes. This project has also highlighted that the allelochemical potency of A. minutum can be significantly modulated by environmental parameters, as allelochemical potency increased 4 times when exposed to toxic concentrations of Cu. Finally, a bioassay developed during this PhD eased the partial isolation of the allelochemicals through fractionation. We isolated a hydrophobic candidates whose activity have to be investigated following their isolation. This PhD provides a better understanding of the cellular mechanisms underlying allelochemical interactions and offers new tools and raises new perspectives to study the consequences of these interactions on marine ecosystems.

Parmi les genres responsables des efflorescences algales nuisibles, le genre Alexandrium est certainement l'un des plus importants en termes de diversité, de distribution et d'importance d'impacts. Lors de cette thèse nous avons essayé de comprendre les causes d'introduction et les facteurs favorisant l'établissement et la récurrence des blooms d'Alexandrium catenella/tamarense à travers la comparaison des efflorescences de ce complexe sur deux sites contrastés au niveau trophique : la lagune de Thau en France et la baie d'Annaba en Algérie. Afin de mieux comprendre les déterminismes environnementaux favorisant ce phénomène, une étude comparative a été réalisée à partir des données recueillies sur le terrain durant un suivi bi mensuel in situ au cours de l'année 2010-2011 et sur les données disponibles dans la littérature. La comparaison des paramètres physicochimiques entre les deux sites d'études indique que sur une période de 18 ans, le changement commun majeur qui coïncide avec l'apparition d'Alexandrium catenella est la forte diminution des concentrations en phosphore réactif dissous, ce qui peut induire une limitation de croissance des autres organismes et favoriser ainsi le développement de cette espèces. Au cours de ce travail nous avons développé un protocole d'établissement de cultures monoclonales à partir du sédiment, grâce auquel nous avons obtenu pour la première fois une trentaine de souches d'Alexandrium de la baie d'Annaba. Les analyses morphologiques et le ribotypage effectués sur ces souches ont révélé qu'il s'agit d'Alexandrium catenella du groupe IV (clade Asie tempéré). L'analyse toxinique a révélé que les concentrations et la composition en toxine de ces souches sont assez proches de celle d'A. catenella de Thau. Lors de cette thèse nous nous sommes également intéressé au rôle que peut jouer la diversité intraspécifique dans la dynamique des efflorescences au sein du complexe d'Alexandrium catenella/tamarense. Des comparaisons des taux de croissance, de phases de latence, des capacités de croissance sur différents milieux de culture sur plusieurs souches d'Alexandrium tamarense de Thau ont révélé une grande diversité intraspécifique des paramètres testés. Le profile toxinique et la croissance de nombreuses souches d'Alexandrium catenella de la baie d'Annaba ont révélé également une variabilité considérable. Les résultats de notre étude laissent supposer que la diversité intraspécifique joue un rôle fondamental avec certaines conditions environnementales dans la survie aux pressions de sélections et assurent la pérennité des blooms d'Alexandrium et leur propagation dans différents écosystèmes. / Among the genera responsible for harmful algal blooms, the genus Alexandrium is certainly one of the most important in terms of diversity, distribution and significance of impacts. In this thesis we tried to understand the introduction and factors favoring the establishment and recurrence of Alexandrium catenella / tamarense blooms by comparing these events in two contrasting trophic sites: Thau lagoon in France and the Bay of Annaba in Algeria. To better understand the environmental determinism promoting this phenomenon, a comparative study was conducted using data collected in the field during a monthly parallel monitoring during the 2010-2011 year and the data available in the literature. Comparison of physicochemical parameters between the two study sites indicates that over a period of 18 years, the major common change that coincides with the appearance of Alexandrium catenella is the sharp decrease in concentrations of dissolved reactive phosphorus, which can limit growth of other organisms and thus promote the development of this species. In this work we developed a protocol for the establishment of monoclonal cultures from sediments by which we got for the first time thirty Alexandrium strains from Annaba bay. Morphological analysis and ribotyping performed on these strains showed that it is Alexandrium catenella group IV (temperate Asia clade). The analysis revealed that toxin concentrations and toxin composition of these strains are quite similar to that of A. catenella from Thau. In this thesis we also looked at the role that intraspecific diversity can play in the dynamics of blooms within the complex Alexandrium catenella / tamarense. Comparisons of growth rates, lag phases, capacity for growth on different culture media investigated among several strains of Alexandrium tamarense of Thau, revealed a high intraspecific diversity of parameters tested. The toxin profile and the growth of many strains of Alexandrium catenella from Annaba bay also showed considerable variability. The results of our study suggest that intraspecific diversity plays a key role along with certain environmental conditions for the survival against selection pressures and allows the sustainability of Alexandrium blooms and their propagation within different ecosystems.

’impact de plusieurs éléments traces métalliques (ETMs) (plomb, zinc, cuivre ou cadmium) sur la croissance de deux espèces phytoplanctoniques marines, la diatomée Skeletonema costatum et le dinoflagellé toxique Alexandrium catenella, a été étudié à partir de cultures réalisées en conditions physiologiques et en conditions contaminantes. Les résultats obtenus ont révélé des perturbations de croissance chez S. costatum et chez A. catenella, lorsque ces espèces étaient exposées à de fortes concentrations métalliques. Les effets létaux se manifestaient par une forte mortalité cellulaire, accompagnée, chez A. catenella, par la conversion d’un certain nombre de cellules végétatives en kystes de résistance. Puis, l’exsudation de la matière organique dissoute (MOD) par S. costatum et par A. catenella en réponse aux stress métalliques, a été caractérisée. L’exsudation du carbone organique dissous (COD) variait en fonction de la phase de croissance, et était associée au niveau de contamination métallique, et à la nature du métal testé. Les valeurs maximales de COD exsudé par cellule étaient mesurées en réponse à la contamination par le cuivre 16 µM pendant la phase d’adaptation, et en réponse à la contamination par le cadmium 200 µM pendant la phase exponentielle de la croissance. Plus spécifiquement, la matière organique dissoute fluorescente (FDOM) exsudée par S. costatum et par A. catenella a été analysée par spectroscopie de fluorescence 3D associée à l’algorithme PARAFAC. Les traitements PARAFAC révélaient quatre composantes, lesquelles étaient attribuées à deux contributions principales, l’une liée à l’activité biologique de l’espèce, l’autre liée à la décomposition de la matière organique. Les composantes C1 et C2 étaient combinées à des pics tryptophaniques et à des substances humiques, tandis que les composantes C3 et C4 étaient associées à la production de matière organique marine. Par ailleurs, le glucose et le galactose étaient prédominants parmi les aldoses constituant les polysaccharides exsudés dans la MOD. De plus, des modifications protéomiques étaient observées dans les protéomes d’A. catenella, en réponse aux divers stress métalliques. Les protéines de stress exprimées par A. catenella étaient mises en évidence par comparaison des profils d’expression protéiques (PEPs) obtenus par électrophorèse bidimensionnelle (électrophorèse 2D), en conditions physiologiques et en conditions contaminantes. Les protéines de stress étaient impliquées dans de nombreuses catégories fonctionnelles : réponse au stress oxydatif (superoxyde dismutase, sous – unités du protéasome), photosynthèse (ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase, complexe péridinine chlorophylle – protéine, ferrédoxine-NADP réductase), métabolisme des carbohydrates (triosephosphate isomérase, ribose 5-phosphate isomérase, malate déshydrogénase, photorespiration et métabolisme du phosphore (phosphoglycolate phosphatase), métabolisme énergétique (ATP – synthase), signal cellulaire (calmoduline), activité chaperonne (HSP 70, HSP 90) et bioluminescence d’A. catenella (luciférine – binding protéine). La sur – expression de la phosphoglycolate phosphatase (PGP) et celle de l’ATP – synthase, observées en réponse à la contamination par le plomb, pourraient participer à une stratégie de défense mise en place par A. catenella afin (i) de se protéger du stress oxydatif lié à la contamination métallique, la PGP étant impliquée dans la dissipation de l’excès d’énergie (ii) de produire davantage de réserves énergétiques (ATP) et ainsi de répondre à des besoins accrus en raison du stress métallique, dans le but de s’y adapter. / Mpact of several trace metals (lead, zinc, copper or cadmium) on the growth of two marine phytoplankton species: the diatom Skeletonema costatum and the toxic dinoflagellate Alexandrium catenella, has been studied from cultures grown under physiological and contaminated conditions. The results obtained revealed growth perturbations in S. costatum and in A. catenella, when these species were exposed to high metal concentrations. The lethal effects appeared through a strong cell death, coming, in A. catenella, with the conversion of vegetative cells into resistance cysts. Then, exudation of dissolved organic matter (DOM) by S. costatum and by A. catenella in response to metal stress has been characterized. Exudation of dissolved organic carbon (DOC) varied according to the growth phase, and was associated with the level of metal contamination and the nature of the tested metal. The maximal values ​​of DOC exudated per cell were measured in response to contamination by copper 16 µM during the adaptation phase, and in response to contamination by cadmium 200 µM during the exponential phase of growth. More specifically, the fluorescent dissolved organic matter (FDOM) exudated by S. costatum and by A. catenella has been analyzed by 3D fluorescence spectroscopy combined with PARAFAC algorithm. The PARAFAC treatments revealed four components, which were attributed to two main contributions, one related to the biological activity of the species, and the other related to the decomposition of organic matter. The C1 and C2 components were combined with tryptophan peaks and with humic substances, while the C3 and C4 components were generally associated with the production of marine organic matter. Moreover, glucose and galactose were the main aldoses among the polysaccharides exudated in the DOM. Proteomic changes occurred in the proteomes of A. catenella in response to the various metal stresses. Stress proteins expressed by A. catenella were obtained by comparison of the protein expression profiles (PEPs) achieved by two-dimensional electrophoresis (2D - electrophoresis) under physiological and contaminated conditions. Stress proteins are involved in many functional categories: response to oxidative stress (superoxide dismutase, proteasome sub - units), photosynthesis (ribulose 1,5- bisphosphate carboxylase, peridinin chlorophyll protein complex, ferredoxin -NADP reductase), carbohydrate metabolism (triosephosphate isomerase, ribose 5-phosphate isomerase, malate dehydrogenase), photorespiration and phosphorus metabolism (phosphoglycolate phosphatase), energy metabolism (ATP - synthase), cell signalling (calmodulin), chaperone activity (HSP 70, HSP 90) and bioluminescence of A. catenella (luciferin - binding protein). Over - expression of phosphoglycolate phosphatase (PGP) and of ATP – synthase, occurring in response to metal contamination by lead, could represent a strategy of defence set up by A. catenella (i) to protect itself from the oxidative stress due to metal contamination, PGP being involved in the dissipation of excess energy (ii) to produce more reserves of energy (ATP) so as to satisfy the increased requirements resulting from the metal stress, in order to adapt to it.

The photoprotect compound mycosporine-like amino acids ( MAAs ) are a family of secondary metabolites can protect organisms exposed to solar ultraviolet radiation ( UVR ), only produced in the algae. Analyzed by HPLC, only Alexandrium minutum Halim ( Dinophyceae ) produces MAAs among seven marine microalgae species. The strains named AM-2¡BAM-3¡BAM-4 and AM-6 showed the positive results for producing the MAAs, but not AM-5. Researches on the stability the MAAs extracts from algal powder ( AM-3 ) hold at 4¢J, 25¢J and 50¢J for 35 days and light expose. The results showed the MAAs gradually decayed after 35 days at 50¢J, after exposed to UVR but decreased 48 % in one day and disappeared in two days. The growth and the MAAs produced in A. minutum ( AM-4, AM-6 ) under different salinity, nitrate concentration and UVR were analyzed to find their relationships. When the salinity increased ( 15 psu¡B25 psu¡B35 psu¡B45 psu ), the cell densities of both strain decreased significantly, but with similar MAAs composition and contents. In higher nitrate nutrient ( 2 N ), the cells produced more MAAs than those cultivated in lower nitrate ( N / 10¡BN / 2 ). Under the UV treatment with the deficient nitrate nutrient, the concentration of MAAs in A. minutum decreased after exposed to UVR for 14 hours. However, provided enough nitrate nutrient ( 2 N ), UVR can induced A. minutum to produce higher concentration of MAAs. These results showed MAAs may serve as a nitrogenous compound for intracellular storage, and not as a substance for osmotic adjustment. UVR is an important factor which induce MAAs produced in A. minutum.

En France, les sites ostréicoles de la méditerranée sont confrontés régulièrement à de fortes mortalités de juvéniles de Crassostrea gigas mais également à des efflorescences récurrentes du dinoflagellé producteur de toxines paralysantes (PSTs), Alexandrium catenella. Parmi les pathogènes associés de manière récurrente à ces mortalités, on retrouve des souches de Vibrio appartenant au clade Splendidus. Nous nous intéressons ici aux interactions entre A. catenella et l’huître C. gigas confrontée à des vibrios pathogènes. Dans une première partie, nous avons montré qu'en conditions expérimentales contrôlées, A. catenella augmentait la sensibilité de l’huître C. gigas au pathogène Vibrio tasmaniensis LGP32. In situ, nous avons également constaté la coïncidence entre la mortalité des huîtres en 2014 et la présence des PSTs dans leurs tissus. Dans une seconde partie, nous avons étudié les interactions entre les PSTs produites par A. catenella et les cellules immunitaires de l’huître, les hémocytes. Un résultat important de cette thèse a été de montrer que la saxitoxine, une des toxines produites par A. catenella, se lie à des structures granulaires présentes dans le cytoplasme des hémocytes de C. gigas et induit une mort hémocytaire caspases-dépendante. Cette mort est indépendante de la production d’espèces réactives de l’oxygène. Nous avons également démontré que la toxine majoritaire des cellules d’A. catenella, la gonyautoxine 5, est la plus toxique sur les hémocytes de C. gigas. Parmi les populations hémocytaires touchées, les hyalinocytes sont très sensibles à ce stress toxique. Les hémocytes étant les cellules immunocompétentes de l’huître qui jouent le rôle central dans la défense contre les infections, nous supposons que leur mort cellulaire induite par les PSTs affecte négativement la défense des mollusques bivalves et explique l'augmentation de la susceptibilité des huîtres à l'infection par Vibrio tasmaniensis LGP32 quand elles sont exposées à A. catenella. / In France, oyster sites in the Mediterranean Sea are regularly confronted to high mortalities of Crassostrea gigas juveniles and to recurrent blooms of the dinoflagellate producer of Paralytic Shellfish Toxins (PSTs), Alexandrium catenella. Among the pathogens associated to these mortalities, we found Vibrio strains belonging to Splendidus clade. We here focus on the interactions between A. catenella and the oyster C. gigas challenged with pathogenic vibrios. In the first part of this work, we have shown that, in vivo, A. catenella increased the susceptibility of the oyster C. gigas to the pathogen Vibrio tasmaniensis LGP32. In situ, we also established the coincidence between oyster mortality in 2014 and the presence of PSTs in their tissues. In the second part of this work, we studied the interactions between the PSTs produced by A. catenella and oyster immune cells, the hemocytes. An important result of this thesis was that saxitoxin, a toxin produced by A. catenella, binds to granular structures in the cytoplasm of C. gigas hemocytes and induces their caspase-dependent cell death. This death is independent of the production of reactive oxygen species. We also demonstrated that the major toxin of A. catenella cells, the gonyautoxin 5, is the most toxic on C. gigas hemocytes. Among affected hemocyte populations, the hyalinocytes are very sensitive to this toxic stress. As hemocytes are oyster immunocompetent cells and therefore play the central role in the defense against infections, we can presume that their cell death induced by the PSTs negatively affects the defense of bivalve mollusks and explains the increased susceptibility of oysters to the infection by Vibrio tasmaniensis LGP32 when exposed to A. catenella.

Les rythmes biologiques constituent une propriété fondamentale de la vie, permettant aux organismes d’appréhender leur environnement et d’en anticiper les changements. Ces rythmes possèdent une double origine : une horloge moléculaire génère ces rythmes, qui sont ensuite synchronisés par des facteurs environnementaux. Si les organismes terrestres sont essentiellement soumis au rythme d’alternance jour/nuit, les espèces marines côtières et estuariennes occupent un biotope plus changeant encore : ils sont en effet également confrontés au rythme des marées. Pourtant, leurs rythmes biologiques sont à ce jour encore mal connus et les mécanismes moléculaires de(s) (l’) horloge(s) sous-jacente(s) ne sont pas caractérisés. Parallèlement, les efflorescences d’algues toxiques, en constante augmentation depuis 1970, constituent un problème écologique majeur, tant local qu’international. Les objectifs du présent travail consistaient à caractériser les rythmes de référence de l’huître Crassostrea gigas et d’en déterminer l’origine (moléculaire, zeitgebers). Il s’agissait ensuite d’étudier les perturbations potentielles de ces rythmes par l’algue toxique Alexandrium minutum, qui produit des toxines paralytiques et est régulièrement présente dans de nombreuses mers du globe. Les travaux réalisés ont permis de mettre en évidence l’existence d’un rythme d’activité valvaire circadien, faible et dual, et n’a pas permis de supporter l’hypothèse de l’existence d’une horloge circatidale. Nous avons formulé l’hypothèse que, chez C. gigas, le rythme tidal est soit d’origine exogène, soit produit par l’horloge circadienne synchronisée par les marées. Les analyses moléculaires réalisées sur le gène circadien cryptochrome dans le muscle adducteur - effecteur du mouvement des valves - ont montré que ce gène oscille à une fréquence tidale dans le muscle strié, favorisant notre seconde hypothèse. Par ailleurs, au-delà des gènes de l’horloge, l’algue A. minutum réprime l’expression de gènes impliqués dans différentes voies métaboliques importantes : la lutte contre le stress oxydant (cat, gpx), la respiration mitochondriale (cox1), l’immunité (ilk), la détoxification (mdr). Finalement nos analyses ont permis de mettre en évidence un impact génotoxique d’A. minutum chez C. gigas. / Biological rhythms constitute a fundamental property of life, allowing organisms to anticipate and adapt to their changing environment. These rhythms present a double origin: they are generated by a molecular clock and synchronized by environmental cues. Whereas terrestrial organisms are mainly subjected to day/night alternation, coastal and estuarine marine species inhabit an even more cycling biotope. They are indeed also submitted to tides. Nevertheless, biological rhythms in marine species are still unrecognized and molecular mechanisms of the underlying oscillator(s) are to date not determined. At the same time, toxic algae blooms are increasing since the 1970s and represent a major ecological concern, both at local and international levels. An objective of the present work was the characterization of biological rhythms in the oyster Crassotrea gigas and of their origin (molecular mechanism, zeitgebers). Furthermore, the work was designed to study the potential disruption of these rhythms by the toxic algal of worldwide distribution Alexandrium minutum, which produces paralytic toxins. The present results show the existence of a weak and dual circadian rhythm of valve activity in the oyster, and do not provide evidence for the existence of any circatidal clock. We suggested that, in the oyster C. gigas, the tidal rhythm could either be generated exogenously or endogenously by the tidally-synchronized circadian clock. Molecular analyses performed on the circadian gene cryptochrome in the adductor muscle of oyster, the effector of valve movements, revealed that Cgcry oscillates at tidal frequency in the striated muscle. This result supports our second hypothesis. Furthermore, A. minutum represses the expression of genes involved in key metabolic pathways: struggle against oxidative stress (cat, gpx), mitochondrial respiration (cox1), immunity (ilk), detoxification (mdr). Moreover, A. minutum impacts C. gigas at DNA level, being thus genotoxic.

Lors des efflorescences de micro-algues productrices de toxines paralysantes (PST), les bivalves filtreurs peuvent bioaccumuler une grande quantité de toxines et devenir à leur tour toxiques, notamment pour l’homme. La quantité de toxines PST accumulée d’un individu à l’autre s’avère être très variable au sein même d’une population de bivalves. Ainsi, dans nos conditions expérimentales, la quantité de PST accumulées par des huîtres creuses, Crassostrea gigas, d’un même lot, exposées au dinoflagellé toxique Alexandrium minutum, variait d’un facteur 450. L’origine de cette variabilité est inconnue jusqu’alors mais l’une des hypothèses pour l’expliquer serait l’existence de plusieurs formes de canaux sodium voltage-dépendant (NaV), cible des PST, qui confèreraient aux bivalves des sensibilités différentes aux PST. L’objectif principal de cette thèse était de comprendre s’il existe une sensibilité individuelle aux PST différente entre les huîtres et si cette variabilité pouvait être due à des formes différentes de NaV.Une première partie a permis de caractériser le NaV chez C. gigas par une approche de biologie moléculaire. Deux gènes NaV ont été mis en évidence chez C. gigas : CgNaV1, codant un canal sodium et CgNaV2 codant un canal potentiellement sélectif du sodium et du calcium. L’épissage alternatif de CgNaV1 produits trois variants (A, B et C) avec des profils d’expression différents : au niveau des jonctions neuromusculaires pour CgNaV1A, dans les cellules nerveuses pour CgNaV1B et dans les deux pour CgNaV1C. L'acide aminé Q, observé dans le site de liaison aux PST (domaine II) de la séquence CgNaV1 pour les 3 variants et chez tous les individus des 4 populations étudiées, pourrait conférer aux huîtres une certaine résistance aux PST. Ainsi, les variants issus du génotypage/épissage de CgNaV1 ne seraient donc pas le point déterminant du niveau de bioaccumulation des huîtres.Une deuxième partie a permis d’étudier la sensibilité aux PST des nerfs de l’huître creuse C.gigas en relation avec l’accumulation de PST par une approche d’électrophysiologie. La sensibilité à la STX des nerfs cérébroviscéraux d'huîtres a été évaluée en étudiant leur potentiel d'action (CNAP).Il a été montré que les nerfs de C. gigas possédaient une sensibilité à la STX de l’ordre du micromolaire, ce qui leur confère une sensibilité intermédiaire parmi les bivalves. Cette sensibilité des nerfs peut varier selon la période à laquelle les huîtres ont été prélevées et potentiellement selon leur condition physiologique. Une pré-exposition des huîtres à A. minutum semble augmenter la résistance des nerfs à la STX. Cependant, aucune corrélation significative n'a été observée entre la sensibilité nerveuse à la STX et la charge en PST dans la glande digestive des huîtres.Il apparait donc que la variabilité de l’accumulation des PST par les huîtres résulterait plutôt d’une plasticité physiologique, en terme de filtration, d’ingestion et d’assimilation, que d’une sensibilité différentielle des NaV. / During bloom of microalgae producing paralytic shellfish toxins (PST), filtering bivalves can bio-accumulate a large quantity of toxins and become toxic for human consumption. The amount of accumulated PST can greatly vary from one individual to another within a bivalve population. Indeed, under our experimental conditions, the amount of accumulated PST by Pacific oysters, Crassostrea gigas, exposed to the toxic dinoflagellate Alexandrium minutum, varied by a factor of 450. To explain such variability we hypothesized the existence of several forms of voltage-gated sodium channel (NaV), target of the PST, resulting in different sensitivities to PST. The main objective of this thesis was to understand whether there are relationships between nerve sensitivity to PST, the different forms of NaV and the amount of accumulated PST.The NaV was first characterized in C. gigas by a molecular biology approach. Two NaV genes were reported in C. gigas: CgNaV1, encoding a sodium channel and CgNaV2 encoding a channel potentially selective for sodium and calcium. Alternative splicing of CgNaV1 produced three variants (A, B and C) with different expression profiles: at the neuromuscular junctions for CgNaV1A, in the nerve cells for CgNaV1B and in both for CgNaV1C. The amino acid Q observed in the binding site of PST (domain II), of the sequence CgNaV1 for the 3 variants and in all individuals from the 4 studied populations possibly provide some PST resistance to oysters. Thus, the variants resulting from the genotyping/splicing of CgNaV1 would not therefore be the determining factor of the level of bioaccumulation in oysters.A second part allowed studying the nerve sensitivity to PST of C. gigas oyster in relation to the accumulation of PST by an electrophysiology approach. The sensitivity to saxitoxin (STX, a PST) of the cerebro-visceral nerves from oysters was assessed by studying their action potential (CNAP). C.gigas nerves have been shown to have sensitivity to STX of the micromolar range, which gives them intermediate sensitivity among bivalves. This nerve sensitivity may vary depending on the period at which the oysters were collected and potentially according to their physiological condition. A preexposure of oysters to A. minutum appears to increase nerve resistance to STX. However, there was no significant correlation between STX nerve sensitivity and PST content in the oyster digestive gland.Overall, it appears that the variability of the PST accumulation by oysters would result rather from a physiological plasticity, in terms of filtration, ingestion and assimilation, than from a differential sensitivity of the NaV.

Les effets de la micro-algue toxique, Alexandrium minutum, sur l'huître creuse, Crassostrea gigas, ont été analysés par une approche intégrative. Cette démarche a conduit à s'intéresser à différents aspects de la physiologie de l'huître, tels que le comportement, l'activité digestive, des activités cellulaires et la reproduction. Dans un premier temps, le statut physiologique de A. minutum a été abordé en utilisant la cytométrie en flux, la microscopie ainsi que des marqueurs fluorescents. Cela nous a permis de démontrer que certaines conditions expérimentales étaient susceptibles de perturber la physiologie de ce dinoflagellé. Les systèmes expérimentaux permettant d'exposer les huîtres ont donc été conçus afin de limiter les conditions stressantes pour la micro-algue toxique. Dans un second temps, les huîtres ont été exposées à A. minutum, en milieu contrôlé, au cours de plusieurs expérimentations, et comparées à des huîtres témoins nourries avec Isochrysis galbana ou Heterocapsa triquetra. L'exposition de C. gigas à A. minutum provoque chez les huîtres une réponse comportementale, se traduisant notamment par une augmentation du temps d'ouverture et de la fréquence des micro-fermetures des valves. Une corrélation positive entre le temps d'ouverture des valves et la quantité de toxines accumulée par les huîtres a été observée. De même, des pathologies du muscle adducteur des huîtres ont été constatées, ce qui pourrait expliquer les changements de comportement des huîtres. Le dinoflagellé toxique induit une activation des mécanismes de défense des huîtres. Ainsi, une augmentation de la production de mucus a été observée au niveau des branchies, de même qu'une importante réaction inflammatoire dans la glande digestive. Les paramètres hémocytaires ont également présenté des variations. Des différences, en terme d'activité de la phénoloxydase et de la production d'espèces réactives de l'oxygène dans les hémocytes, ont été observées entre les huîtres exposées à A. minutum et les témoins. Les variations des paramètres hémocytaires semblent liées au stade de maturité des huîtres et à la quantité de toxines accumulées, mais aussi à leur statut métabolique lors de l'exposition. Les contenus de la glande digestive en lipides sont également modifiés suite à l'exposition à A. minutum. Une réduction significative des contenus en monoglycérides (MG) et diglycérides (DG) ainsi qu'une importante diminution du contenu en phosphatidylcholine (PC) ont été observés. La diminution de la PC étant parallèle à celle des MG et DG, cela suggère une diminution de la synthèse des lipides liée à une altération des tissus de la glande digestive. Finalement, les spermatozoïdes produits par les huîtres exposées à A. minutum présentaient une réduction de leur activité (diminution de la mobilité et du contenu en ATP) en comparaison aux huîtres témoins. Cette altération de la physiologie des gamètes pourrait avoir des répercussions sur la reproduction des huîtres. Etant donné la subtilité de certains changements et l'interconnexion des paramètres mesurés, la mise en place d'une approche intégrative nous a permis d'obtenir une vision holistique de l'interaction A. minutum / C. gigas. La présente étude a mis en évidence des interactions peu ou mal connues entre des caractères comportementaux, morphologiques et physiologiques des huîtres. Cela nous a conduit à mieux comprendre les interactions entre les micro-algues toxiques et les bivalves, ainsi que les impacts écologiques potentiels.

The impacts of two strains of the dinoflagellate Alexandrium tamarense, differing in lytic activity, on the abundance and the composition of microbial communities (<150 μm) were studied in North Sea water during spring with Phaeocystis globosa as a dominant species. Cell-free suspensions (supernatant) of exponentially growing lytic and non-lytic Alexandrium culture were added at different concentrations to natural microbial communities under nutrient rich conditions. The non-lytic strain had a positive impact on diatoms whereas the lytic strain suppressed phytoplankton growth in comparison to the control. P. globosa, present as single cells in the initial community, increased in abundance and formed colonies in all treatments. However, total abundance and number of colonies was low with lytic Alexandriumadditions, whereas shape of the colonies, but not abundance of cells, was affected by non-lytic Alexandrium additions. During the 4-day experiment, bacterial abundance was constantly higher with high lytic additions (highest concentration equivalent to 1000 cells ml−1) whereas nanoflagellate abundance in the same treatments was found to be lower at the end of the experiment. Initial bacterial community composition differed significantly among lytic Alexandrium, non-lyticAlexandrium and North Sea water. However, neither bacterial activity nor composition was significantly affected by the supernatants after 96 h. Our results indicated that Alexandrium allelochemicals do not inhibit growth and production of bacteria in seawater collected during spring in the North Sea. / Allelopathy among phytoplankton - a structuring force among phytoplankton

Phytoplankton produce allelochemicals; excreted chemical substances that are affecting other microorganisms in their direct environment. In my thesis, I investigated strain specific variability in the expression of allelochemicals of the harmful flagellate Prymnesium parvum, that is euryhaline but mainly bloom forming in brackish water. I found a large variation among strains, but further showed that all strains of P. parvum were more allelopathic in brackish water compared to marine water. In a marine microbial community, allelochemicals can affect prey, competitors and grazers both, directly and indirectly. For instance, in a food web where grazing controls prey abundance, the negative direct effect of allelochemicals on grazers will positive affect their prey. During my thesis, I investigated how marine microbial communities respond to the addition of allelochemicals. I performed field experiments with microbial communities from seawater collected from different places over Europe, and tested how this communities respond to the addition of allelochemicals from the dinoflagellate Alexandrium tamarense. Before I incubated the microbial communities for several days with A. tamarense algal filtrate, I evaluated the allelopathic efficiency of the algal filtrates with an algal monoculture of Rhodomonas spp. This allowed me to compare the effect of A. tamarense filtrate between the different microbial communities. In general, bacteria reached higher abundances when allelochemicals were present. As allelochemicals also inhibited nanoflagellates and ciliates, we concluded, that allelochemicals indirectly benefit bacteria by reducing grazing pressure. In microbial food webs with many heterotrophic grazers, allelochemicals further benefitted other phytoplankton by inhibiting grazers. It was also shown that bioavailable DOM is released from a microbial community when allelochemicals are present. As most DOM was released from the seawater fraction > 60 μm, we concluded, that larger microorganisms are more affected by allelochemicals than smaller microorganisms. The results can be explained by the surface to volume ratio of microorganisms: Larger organisms provide more contact surface for allelochemicals, and therefore, are probably more vulnerable towards allelochemicals. In conclusion, the effect of allelochemicals on a microbial community depends among others on the structure of the microbial food web, the amount of available DOM, the particle density in the seawater and the composition of the phytoplankton community.