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.

Le déterminisme génétique du sexe nécessite souvent l’évolution d’une région non-recombinante (NR) formant ainsi paire de chromosomes sexuels. Bien que la reproduction sexuée ait une origine commune à tous les eucaryotes, l’évolution des chromosomes sexuels s’est quant à elle effectuée de manière répétée et indépendante. Les chromosomes du sexe ont été particulièrement étudiés dans les systèmes diploïdes (chromosomes sexuels XY et ZW) des plantes et animaux. Le récent séquençage du génome d’Ectocarpus, modèle d’étude des algues brunes, donne non seulement une chance unique d’analyser les chromosomes sexuels dans un groupe phylogénétiquement distant des opisthocontes et de la lignée verte ; mais il donne aussi l’opportunité d’examiner un système haploïde de chromosomes sexuels (système UV). Chez Ectocarpus l’expression du sexe a lieu pendant la phase haploïde du cycle de vie, avec les chromosomes U et V, respectivement spécifiques aux femelles et aux mâles. L’analyse des chromosomes sexuels chez Ectocarpus a montré que la taille de la région NR est restée modeste pour un système vieux de plus de 70 millions d’années. Une analyse des dimorphismes sexuels a été effectuée ainsi que l’étude comparative des transcriptomes mâle et femelle d’Ectocarpus. Le développement parthénogénétique est, dans certaines populations d’Ectocarpus, un dimorphisme sexuel. Le lien génétique entre parthénogenèse et sexe a été analysé et suggère qu’un locus contrôlant la parthénogenèse est localisé au niveau de la partie recombinante du chromosome sexuel d’Ectocarpus. De plus, une analyse de fitness indique que le locus de la parthénogenèse est soumis à une sélection antagoniste entre les deux sexes. / Genetic sex determination is usually controlled by sex chromosomes carrying a non-recombining sex-determining region (SDR). Despite the common origin of sex (meiosis) in Eukaryotes, the evolution of sex chromosomes has evolved repeatedly and independently. Our knowledge in sex chromosomes comes mainly from the analysis of diploid systems (XY and ZW sex chromosomes) in animals and land plants. However the recent genome sequencing of the brown alga Ectocarpus, not only opens up the possibility of studying sex chromosomes in a phylogenetic distant group but also of analysing a haploid sex chromosome system (UV sex chromosomes). Indeed in Ectocarpus sex is expressed during the haploid phase of the life cycle, where U and V sex chromosomes are restricted to female and male, respectively. The Ectocarpus sex chromosomes have some unusual evolutionary features such as the size of the non-recombining region, which is surprisingly small for a 70 million year old system. Also the evolutionary aspect of sexual dimorphism was studied by analyzing male and female transcriptomes and by identifying several subtle sexual dimorphic traits. Parthenogenetic capacity is a sexual dimorphic trait in some populations of Ectocarpus. The genetic link between parthenogenesis and sex was analysed and a locus that controls parthenogenetic was located to the Ectocarpus sex chromosome, in the recombining pseudoautosomal region. Fitness analysis strongly suggested that the parthenogenetic locus is a sexual antagonistic locus

Les macroalgues hébergent de nombreux micro-organismes, collectivement désignés sous le terme de microbiote algal, qui ont un rôle essentiel dans le développement et l’état de santé de leur hôte. Dans ce travail, nous avons exploré le microbiote fongique et bactérien d’algues brunes, ainsi que l’impact des interactions bactérie-champignon sur la médiation chimique et, en particulier, sur le quorum sensing bactérien. Par des approches de metabarcoding ciblant l’ADNr 16S et l’ITS2, nous avons montré que les communautés fongiques et bactériennes associées à la macroalgue brune Saccharina latissima étaient très riches, principalement composées de quelques OTUs dominants, et d’une grande abondance d’OTUs « rares ». De manière intéressante, les communautés fongiques comme bactériennes différaient de celles de l’eau de mer environnante et paraissaient spécifiques des tissus algaux. Cependant, de grandes variations intra et interindividuelles de composition ont été observées au sein des échantillons de tissus d’algue. Ainsi, ce qui définit la spécificité des communautés microbiennes reste à préciser. En parallèle, nous avons exploré la médiation chimique au sein de l’endomicrobiote de quatre algues brunes : Saccharina latissima, Laminaria digitata, Pelvetia canaliculata et Ascophylum nodosum, et révélé que de nombreux endophytes fongiques et bactériens isolés synthétisaient des métabolites interférant avec les systèmes de quorum sensing bactériens, en les induisant ou les inhibant. De plus, les bioessais basés sur les biosenseurs, couplés à une approche métabolomique, effectués sur les co-cultures, ont mis en évidence en quoi les interactions bactéries-champignons au sein de l’endomicrobiote d’algues brunes pouvaient affecter la production de médiateurs chimiques, et notamment de molécules interférant avec le quorum sensing bactérien. Ensemble, ces résultats suggèrent que le quorum sensing pourrait jouer un rôle clé dans le réseau complexe d’interactions au sein du microbiote algal, et ainsi dans l’équilibre hôte-microbiote. / Macroalgae host various microorganisms, collectively referred as the algal microbiota, which play an essential role in the development and health status of their host. In this work, we explored the bacterial and fungal microbiota of brown algae, as well as the impact of bacterial fungal interactions on the chemical mediation and, in particular, on the bacterial quorum sensing. Using 16S rDNA-based and ITS2-based metabarcoding approaches we showed that the fungal and bacterial communities associated with the brown macroalgae Saccharina latissima were very rich, mainly composed of few dominant OTUs, and a large abundance of “rare” OTUs. Interestingly, both fungal and bacterial communities differed from the ones of the surrounding seawater and appeared specific to the algal tissues. However, high intra and interindividual variations of composition were observed among the algal tissue samples. Thus what define the specificity of the microbial communities remains to be clarified. In parallel, we explored the chemical mediation within the cultivable endomicrobiota of four brown algae: Saccharina latissima, Laminaria digitata, Pelvetia canaliculata and Ascophylum nodosum, and pointed out that many of the isolated bacterial and fungal endophytes could synthetize metabolites interfering with bacterial quorum sensing systems, either inducing or inhibiting them. Additionally, biosensor-based bioassays coupled with metabolomics approaches performed on co-culture experiments, highlighted how bacterial-fungal interactions within the endomicrobiota of brown algae could affect the production of chemical mediators, including those interfering with bacterial quorum sensing. Altogether, the results suggest that the quorum sensing could play a key role in the complex network of interactions within the algal microbiota, and thus in the host-microbiota equilibrium.

Le genre Ectocarpus Lyngbye (Ectocarpales, Phaeophyceae) regroupe des algues marines filamenteuses caractérisées par un cycle haploïde-diploïde. L'objectif de la thèse était de délimiter les espèces et d'étudier la spéciation dans ce genre. Nous avons commencé par clarifier le nombre d'espèces cryptiques en utilisant deux loci indépendants et une approche intégrative associant une analyse de détection de " barcode gap " avec des reconstructions phylogénétiques. Nos résultats montrent l'existence d'au moins 15 espèces qui se répartissent en un groupe monophylétique composé d'E. crouaniorum (Ecro) et de deux espèces proches ainsi que d'un mélange paraphylétique composé des 12 autres espèces incluant E. siliculosus (Esil). Deuxièmement, les analyses de séquençage Rad et de phylogénomique ont permis de résoudre les relations au sein du groupe paraphylétique. Les espèces se regroupent maintenant en deux clades divergents (Ecro and Esil). Des niveaux de divergence variables entre espèces sont révélés au sein du clade Esil. Des phénomènes d'hybridation entre les espèces les plus apparentées, et trouvées en sympatrie, sont suspectés. Finalement, l'importance de l'isolement reproducteur a été étudié entre les espèces Esil et Ecro, les plus communes, mais les plus divergentes, en utilisant des marqueurs spécifiques de chacune des espèces. Nos résultats indiquent que la méiose agit comme une forte barrière reproductive entre ces espèces et démontrent que les espèces du genre Ectocarpus sont d'excellents systèmes pour étudier les conséquences évolutives de l'hybridation et de l'introgression pour le maintien ou la divergence des espèces grâce à leur cycle haploïde-diploïde. / The genus Ectocarpus Lyngbye (Ectocarpales, Phaeophyceae) comprises marine filamentous algae characterized by an alternation between two independent multicellular organisms of different ploidy. The general objective of the thesis was to study species delineation and speciation within this genus. We started clarifying the number of cryptic species using two unlinked loci (COI-5P and ITS1) and an integrative approach associating barcode gap detection analyses with phylogenetic reconstructions. We showed the presence of at least 15 species partitioned within a monophyletic group composed of E. crouaniorum (Ecro) and two closely related species and a paraphyletic assemblage composed of the remaining 12 other species including E. siliculosus (Esil). Second, Rad sequencing and phylogenomics analyses allowed to resolve the relationships within the paraphyletic assemblage. The different species becomes well separated into two divergent clades (Ecro and Esil). A diversity of taxa with various levels of divergence was revealed within the clade Esil and hybridization between the closest and sympatric species was suggested. Finally, the importance of reproductive isolation among the two commonest but most divergent species Esil and Ecro was studied using species-specific nuclear and cytoplasmic markers jointly with 9 microsatellites. We showed that meiosis acts as a strong reproductive barrier among these two species and demonstrates that the species of the genus Ectocarpus are excellent systems to study evolutionary consequences of hybridization and introgression for the maintenance or breakdown of species because of their haploid diploid life cycle.