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.

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.

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.

Alexandrium minutum est un dinoflagellé qui est à l'origine des efflorescences toxiques observées de façon récurrente le long des côtes Bretonnes. Cette microalgue produit des toxines paralysantes qui sont parmi les plus puissantes au monde. Originaire de Méditerranée, cette espèce a progressivement envahi les côtes européennes atlantiques. Cette algue invasive a été observée en Bretagne dans les années 80, puis a atteint successivement l'Angleterre, l'Irlande et le Danemark. Aujourd'hui, elle semble durablement installée dans de nombreux estuaires bretons, produisant de façon récurrente des efflorescences toxiques, bien que dans certains sites les proliférations semblent être limitées par la présence de parasite. Dans cette étude nous nous sommes interrogés sur les processus pouvant influencer la diversité génétique des populations d'A. minutum et les répercussions de ces capacités d'adaptation vis à vis des facteurs biotiques et abiotiques. Nous avons en particulier, réalisé des expériences de croisement en laboratoire afin de mieux comprendre sa reproduction et de déterminer son système de reproduction. Puis nous avons utilisé des outils moléculaires afin de déterminer quelle était l'importance de la reproduction sexuée dans les populations naturelles en Bretagne (reproduction sexuée versus asexuée). Enfin, nous avons étudié la variabilité génétique des efflorescences annuelles pendant deux années consécutives dans les estuaires de la Rance et de la Penzé. Les expériences de croisement in vitro ont permis de mettre en évidence que la reconnaissance gamétique était un processus complexe où les fusions ne sont pas régit par un système bipolaire comme c'est généralement le cas chez de nombreux organismes. D'autre part nos résultats suggèrent que les kystes temporaires auraient une capacité de survie de plusieurs mois au froid et à l'obscurité dans les conditions de laboratoire. Grâce à l'utilisation des marqueurs microsatellites, nous avons montré que les efflorescences d'A. minutum présentaient une diversité génétique et génotypique très élevée et que les génotypes étaient tous différents les uns des autres au sein de ces efflorescences. Ces résultats suggèrent que la reproduction clonale n'est pas dominante au cours des évènements d'efflorescence. L'analyse génétique spatio-temporelle (entre Penzé et Rance, entre années et entre période d'efflorescence) montre des différenciations significatives aux différentes échelles. La différence spatiale indique un flux de gènes restreint entre les deux sites et cela principalement au cours des blooms. En effet, les efflorescences qui se développent généralement pendant les marées de morte-eau restent relativement isolées. Ces résultats ont été confirmés par l'étude de la structure génétique des populations A. minutum le long des côtes Bretonnes qui révèle des flux de gènes limités entre populations. Ces résultats suggèrent que la migration est relativement restreinte entre estuaires. De plus, la différenciation génétique entre estuaires pourrait également étroitement être liée aux traits d'histoire de vie de cette espèce. En effet, le développement rapide des efflorescences dans un nouveau site colonisé, suivi par la formation d'un grand nombre de kystes de résistance qui s'accumulent au sein des estuaires pourrait constituer un système particulier présentant une forte inertie au changement (tampon génétique) et limitant, par compétition, l'arrivée de nouveaux migrants (hypothèse de monopolisation des sites (De Meester et al. 2002). Enfin, nos résultats suggèrent que les efflorescences toxiques observées en Rance, en Baie de Morlaix et en Rade de Brest correspondraient à des évènements d'introduction différents.