On observe depuis quelques années au Québec une augmentation du nombre de lacs subissant des blooms de cyanobactéries. Ce mémoire de maîtrise a pris forme autour d'une démarche citoyenne vouée à mieux comprendre les sources des blooms de cyanobactéries du lac Bromont, en Estrie. Puisque le phosphore joue un rôle prépondérant dans le déclenchement des blooms de cyanobactéries au Québec comme ailleurs, notre objectif de recherche a été de caractériser les sources de phosphore du lac Bromont, en considérant les apports provenant du bassin versant et des sédiments du lac. Nous avons aussi considéré les apports d'azote et de matières en suspension. Notre étude est basée sur la mesure in situ des concentrations de phosphore, d'azote et de matières en suspension du lac et des ruisseaux étendue sur une période d'un an, à partir de mars 2007. Notre étude a porté sur les 4 affluents permanents du lac Bromont, les ruisseaux Petit Galop, Coulée du rocher, des Cervidés et Wright. Leurs débits ont également été mesuré pour ensuite calculer la charge annuelle de phosphore de chaque ruisseau afin d'identifier le ruisseau le plus problématique. Les apports de phosphore provenant des sédiments ont aussi été quantifié à l'aide de dialyseurs installés dans la fosse du lac en période anoxique. Ces résultats ont été comparés avec les apports du bassin versant et l'ensemble de ces données nous a permis d'établir le bilan de phosphore du lac Bromont. Les résultats nous montre que le lac Bromont est un puits de matières en suspension et de phosphore total. Son bassin versant apporte la majeure partie du phosphore au lac. Le ruisseau Wright est le plus chargé en nutriments et matières en suspension des affluents du lac Bromont. L'évolution des charges de phosphore dans le temps nous souligne qu'à certaines dates, particulièrement au printemps, d'autres ruisseaux amènent également d'importantes quantités de phosphore. En outre, une remobilisation de phosphore des sédiments a été mesuré. Ce mémoire inclut également une discussion sur l'impact potentiel de diverses activités humaines présentes sur le bassin versant du lac Bromont, basé sur les variations spatio-temporelles des nutriments et matières en suspension. Il n'est pas possible d'identifier clairement l'utilisation du territoire étant la principale source de phosphore sur le bassin versant du ruisseau Wright. Toutefois, sur l'ensemble du bassin versant du lac Bromont, la vidange des lacs artificiels présents sur le cours des ruisseaux, certaines pratiques agricoles et la construction sont des exemples d'activités humaines à considérer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phosphore, Bromont, Bilan massique, Remobilisation, Bassin versant.

Les études récentes ont montré qu'il y aurait une forte influence de la matière organique dissoute (MOD) sur la dynamique des écosystèmes aquatiques. En particulier, certaines catégories de MOD ont des propriétés antialgues, susceptibles de réduire la biomasse des espèces de cyanobactéries. Nous avons testé les effets de différentes catégories de matières organiques dissoutes, ainsi que leurs interactions avec la lumière et les nutriments, sur la composition des communautés de phytoplancton lors d'incubations in situ (7 jours). La composition initiale en phytoplancton et les caractéristiques de la matière organique dissoute ont été des facteurs déterminants pour les modifications de la structure des communautés de phytoplancton, lors des incubations. Les résultats de notre étude montrent que la croissance du phytoplancton était fortement dépendante de la disponibilité en nutriments dans la baie Missisquoi en 2007, et que les concentrés d'extrait d'orge et de matière organique naturelle peuvent inhiber la croissance du phytoplancton, particulièrement des espèces de cyanobactéries. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Matière organique dissoute (MOD), Cyanobactérie, Phytoplancton, Incubations, Lac Champlain.

Au Québec depuis quelques années, il y a des problèmes de prolifération de cyanobactéries dans les lacs où les concentrations d'éléments nutritifs en surface sont faibles. Les causes ne sont pas encore comprises et nos recherches visent à trouver des réponses dans le couplage entre les variables environnementales, en particulier la turbulence et la distribution spatiale ainsi que le recrutement des cyanobactéries et des akinètes. Globalement, nos objectifs visent à comprendre l'effet des variables environnementales (turbulence, température, intensité lumineuse et nutriments) sur la dynamique du recrutement des akinètes ainsi que leur formation sur les filaments matures et leur sédimentation, ainsi que l'importance de ces variables sur la distribution spatio-temporelle des cyanobactéries dans la colonne d'eau. Le lac étudié est le lac Bromont (Estrie, Canada). Nous avons échantillonné toutes les semaines la colonne d'eau pendant la stratification quatre sites situés sur un transect (littoral vers pélagique). Le taux de recrutement a été évalué par l'utilisation de pièges installés au-dessus des sédiments. La température et l'intensité de la lumière ont été mesurées in situ et des échantillons d'eau furent récoltés pour mesurer les nutriments et déterminer l'abondance des cyanobactéries et des akinètes. La turbulence a été évaluée grâce une chaîne de thermisteur déployé in situ tout au long de la période libre de glace. Les résultats montrent que chez Anabaena, le recrutement d'akinètes est influencé par l'augmentation de l'intensité lumineuse dans l'eau, alors que pour Aphanizomenon, c'est l'augmentation des concentrations de phosphore dissous (DP) et d'azote dissous (DN) qui le favorise. Les variables qui influencent positivement la production d'akinètes chez Ap. flos-aquae, An. flos-aquae, Ap. flexuosum et Ap. gracile sont la diminution de la température et l'augmentation de l'azote oxidé dissous, chez An. spiroides, c'est l'augmentation de la température et des concentrations de DP et chez An. solitaria, c'est l'augmentation de la lumière combinée à l'augmentation de la concentration de DN la semaine précédente. Dans la colonne d'eau, les populations de cyanobactéries présentent une stratification verticale et une succession saisonnière, mais la composition des espèces tend à rester similaire entre la zone littorale et l'épilimnion de la zone pélagique. Les variables qui influencent la formation d'une efflorescence sont l'intensité de la turbulence, l'énergie lumineuse, la vitesse du vent la journée précédant l'échantillonnage et les précipitations. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cyanobactéries, Recrutement, Akinètes, Distribution spatio-temporelle, Variables environnementales.

La communication intercellulaire se produit non seulement chez les eucaryotes, mais aussi chez certaines bactéries. Un tel exemple est la cyanobactérie filamenteuse Anabaena sp. PCC 7120, capable de former des hétérocystes suite à une carence en azote combiné. Un filament d'Anabaena est coordonné comme une unité multicellulaire; comment les cellules communiquent-elles le long de chaque filament et comment échangent-elles des ressources nutritionnelles demeurent des mécanismes encore mal élucidés. Des études récentes ont démontré que des molécules de petites tailles peuvent être échangées entre les cytoplasmes à travers des jonctions intercellulaires. De plus, le périplasme semble être continu le long de chaque filament, avec une membrane extérieure commune pour toutes les cellules. Toutefois, il n’est pas déterminé si le "périplasme continu" peut servir comme une route alternative pour les échanges moléculaires le long des filaments.Dans cette étude, la propriété du périplasme chez Anabaena a été évaluée par le suivi du mouvement de protéines fluorescentes (GFP ou iLOV) en utilisant des techniques microscopiques. Les protéines fluorescentes ont été exportées vers l'espace périplasmique, soit d'un hétérocyste soit d’une cellule végétative. Nous avons pu montrer que ces protéines fluorescentes restent dans le périplasme de la cellule d’origine, et que la GFP peut diffuser librement, mais seulement dans le périplasme d'un hétérocyste ou d’une cellule végétative. Ainsi, bien que le périplasme semble être continu le long du filament, une barrière intercellulaire semble exister pour empêcher la libre diffusion des protéines à la taille de ~27 kDa (GFP) ou ~13 kDa (iLOV). La couche de peptidoglycane pourrait constituer cette barrière et nous estimons que la limite pour la diffusion à travers cette barrière se situe entre 0.53 et 13 kDa.En parallèle, les voies métaboliques des cellules végétatives et des hétérocystes ont été comparées en utilisant une approche transcriptomique. L'expression différentielle des gènes impliqués dans le métabolisme nous permet d’appréhender la nature des métabolites pouvant être échangées entres ces deux types cellulaires. / Cell-cell communication occurs not only in eukaryotes but also in bacteria. One such example is the filamentous cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120, which is able to differentiate a specialized cell type named heterocyst upon nitrogen deprivation. A filament of Anabaena is coordinated as a multicellular unity; how the cells along each filament communicate and exchange resources are not yet fully understood. Recent studies demonstrated that small molecules can be rapidly exchanged from cytoplasm to cytoplasm through intercellular junctions. In addition, the periplasm appears to be continuous along each filament, with a shared outer membrane for all cells. However, whether the ‘continuous periplasm’ serves as an alternative route for molecular exchanges along the filament remains unknown. In this study, the property of periplasm in Anabaena was assessed by monitoring the movement of fluorescent proteins (GFP or iLOV) using microscopic techniques. Fluorescent proteins were exported to the periplasmic space of either a heterocyst or a vegetative cell and their diffusion was tested. We found that both GFP and iLOV remains in the producing cells, and at least GFP could diffuse freely in the periplasm of a heterocyst or a vegetative cell but failed to cross cell borders. Thus although periplasm appears to be continuous along the filament, barriers exist to prevent free diffusion of proteins up to the size of ~27 kDa (GFP) or ~13 kDa (iLOV). One candidate as diffusion barrier in the periplasm may be the peptidoglycan and we estimate the limit for diffusion of the barrier in the range between 0.53 to 13 kDa. In parallel, the biosynthetic pathways operating in vegetative cells and heterocysts were compared using oligonucleotide microarray. Differential expression of the genes involved in amino acids metabolism give clues as to which nitrogen-containing compounds might serve as the transfer vehicle in cell-cell exchanges.

La ciguatéra est une intoxication consécutive à l'ingestion de poissons porteurs de ciguatoxines. Classiquement liée à la prolifération des dinoflagellés ciguatérigènes, elle est favorisée par les perturbations naturelles ou anthropiques des écosystèmes coralliens. Or récemment, certaines cyanobactéries marines du groupe des Oscillatoriales (Hydrocoleum sp.) ont également été impliquées dans des intoxications de type ciguatéra. Dans ce contexte, l'objectif général de cette thèse est de mieux comprendre le déterminisme ciguatérique afin de mieux le prévenir. L'étude a constitué en un suivi écotoxicologique périodique de trois sites en Nouvelle-Calédonie : l'île de Lifou, réputée toxique ; la baie de Prony, en cours d'anthropisation ; l'atoll d'Ouvéa, réputé non ciguatérique, en ciblant spécifiquement l'étude de la diversité microbienne, l'évaluation de la toxicité à différents niveaux de la chaîne trophique (cyanobactéries, bénitiers, poissons) et la caractérisation des métabolites toxiques impliqués. Ce suivi environnemental a mis en évidence un complexe toxinique CTXs-like/cyanotoxines chez les Oscillatoriales dominant les écosystèmes dégradés, ainsi que les poissons et bénitiers inféodés à ces zones. Parmi les cyanotoxines détectées in situ, citons l'homoanatoxine-a (neurotoxine paralysante) présente à la fois chez Hydrocoleum lyngbyaceum et les bénitiers Tridacna maxima, et la palytoxine, révélée pour la première fois chez Trichodesmium erythraeum. Ces résultats originaux posent les bases d'un outil de surveillance sanitaire et écologique opérationnel d'un risque sanitaire en zone tropicale plus complexe que la ciguatéra telle qu'elle est connue actuellement.

Depuis les années 1990, les efflorescences de cyanobactéries se sont intensifiées durant une partie de l'été et de l'automne au lac Brome (Cantons de l'Est, Québec). Malheureusement, ces proliférations cyanobactériennes peuvent s'accompagner d'une production et d'une libération de toxines dans les écosystèmes affectés. Cependant, les conditions qui favorisent la formation de ces fleurs d'eau ne sont pas encore complètement clarifiées. Les objectifs principaux de cette étude était de montrer: 1/ le lien étroit qui existe entre les cellules de résistances présentent à la surface des sédiments et la formation des efflorescences pélagiques; 2/ utiliser les akinètes et les pigments fossiles comme « proxie » pour retracer l'historique des cyanobactéries depuis les premières années d'installation des colons dans la région d'étude; 3/ tenter de relier les fluctuations de l'abondance relative des cyanobactéries ayant la capacité de fixer l'azote atmosphérique (N₂), avec la variation relative des concentrations en éléments nutritifs (N et P), résultant en partie de l'eutrophisation de l'écosystème. Les résultats obtenus confirment qu'il y a présentement un problème de qualité de l'eau au lac Brome, lié à un développement massif de cyanobactéries potentiellement toxiques pendant la saison libre des glaces. Ce lac présente une succession d'efflorescences de cyanobactéries caractéristiques d'un milieu eutrophe, ayant la capacité de produire des akinètes et de fixer le N₂ (Anabaena sp. et Aphanizomenon sp.). Nous avons obtenu une relation significative entre l'abondance relative des akinètes dans les sédiments et la biomasse estimée des cyanobactéries grâce aux pigments fossiles (Canthaxanthine-akinètes : R² = 0.43, p=0,0016; Aphanizophyll-akinètes: R² = 0.71, p<0,0001l). Par ailleurs, cette étude suggère que la zone littorale tout comme la zone profonde peuvent contribuer à l'ensemencement de la colonne d'eau. Enfin, nous avons obtenu une concordance assez nette entre l'augmentation de l'abondance relative des cyanobactéries ayant la capacité de fixer le N₂, la diminution du ratio N/P (qui passe de 30 dans les années 1970 à 10 en 2005) et la diminution du ratio ¹⁵N/¹⁴N reflétant un accroissement des taux de fixation du N₂ dans l'écosystème. Le recoupement entre ces données suggère que les cyanobactéries ont en partie réussi à dominer l'assemblage phytoplanctonique grâce à leur capacité de fixer le N₂. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cyanobactéries, Paléopigments, Akinètes, Eutrophisation.

L'objectif de l'étude était de déterminer la disponibilité de l'azote (N) et les transformations dans la colonne d'eau (WC) et l'interface eau-sédiments (SWI), et d'établir des liens avec les éclosions de cyanobactéries dans la baie Missisquoi du lac Champlain. Ces paramètres ont été évalués à l'embouchure de la rivière aux Brochets et dans le bassin central, afin d'obtenir un gradient environnemental pour étudier l'effet des décharges de nutriments sur le cycle de l'azote et la structure des communautés de phytoplancton (PCS). Les résultats portent à croire qu'en général, les nutriments ne limitent pas la productivité primaire, mais que l'azote peut la limiter à petite échelle. Contrairement à nos hypothèses, le phytoplancton semblait gérer les concentrations en nutriments, et non l'inverse. La PCS n'affectait pas la consommation en NH4+ dans la WC. De même, le taux de régénération du NH4+ dans la WC n'était pas relié à la PCS, ce qui réfute l'hypothèse que les cyanobactéries inhibent la régénération. Les sédiments agissaient comme un puits de NO3-, tel que prédit, mais étaient aussi une source de NH4+ vers la WC, contrairement aux hypothèses. Une biomasse élevée de cyanobactéries était associée avec une relâche subséquente de NO3- des sédiments, ce qui pourrait impliquer une stimulation de la nitrification. L'anammox explique de 6 à 10% de la production totale de diazote, mais la dénitrification en était le principal vecteur. Les taux de dénitrification étaient reliés à la concentration instantanée en azote de la WC, mais pas à ses fluctuations. On observe des relations similaires entre les flux de NO3- dans les sédiments et la dénitrification avec la biomasse cyanobactérienne antérieure. Cela suggère que des concentrations inférieures en azote dans la WC, à la suite de floraisons de cyanobactéries, ont rendu possibles des taux de dénitrifications inférieurs. Les données ne corroborent pas l'hypothèse selon laquelle la dénitrification mènerait à des conditions propices pour les cyanobactéries fixatrices d'azote. Au contraire, les résultats suggèrent que les conditions propices aux cyanobactéries fixatrices d'azote causent une réduction des taux de dénitrification. Le lac était un puits net d'azote dans un budget préliminaire calculé en utilisant le cycle du NH4+ dans la WC et les flux d'azote à l'SWI, comparés aux apports en azote estimés des affluents. Ces calculs révèlent une source d'azote « manquante », qui pourrait être la fixation d'azote dans la WC selon les résultats. Les taux observés de fixation d'azote dans la WC n'étaient pas différents de ceux des contrôles expérimentaux, mais même ces taux négligeables sont d'un ordre de grandeur plus élevé que ceux nécessaires pour combler l'azote « manquant ». ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cycle de l'azote, cyanobactéries, dénitrification, eutrophisation, budget d'azote

Dans le lagon de Moorea, en Polynésie Française, nous avons identifié un écosystème constitué de deux producteurs primaires (les cyanobactéries filamenteuses Lyngbya majuscula et Anabaena cf. torulosa), trois mollusques herbivores (Stylocheilus striatus, S. longicauda, et Bulla orientalis), un nudibranche carnivore (Gymnodoris ceylonica) et un crabe carnivore (Thalamita coerulipes). L. majuscula et A. cf torulosa prolifèrent sur de vastes zones jusqu’à épiphyter les coraux ; elles sont des producteurs importants de métabolites secondaires, principalement des lipopeptides cycliques, qui peuvent être toxiques ou répulsifs. Cependant, ces composés n’empêchent pas le lièvre de mer S. striatus de consommer les cyanobactéries. S. striatus, décrit comme un prédateur spécialiste de L. majuscula, est connu pour séquestrer et/ou biotransformer les métabolites secondaires de L. majuscula. Cependant nous avons également observé S. striatus, sur A. cf torulosa où il semble moins exposé à la prédation du nudibranch G. ceylonica que quand il est sur L. majuscula. Dans cet écosystème modèle, nous avons combiné le profilage des métabolomes des deux cyanobactéries et des expériences en écologie dans le but d’étudier le rôle des médiateurs chimiques dans la structuration de cet écosystème ; nous avons complété la caractérisation des profils métaboliques des deux cyanobactéries, étudié les transmissions verticale et horizontale des métabolites secondaires produits par les cyanobactéries le long de la chaine trophique, et étudié le rôle de ces composés dans les relations prédateurs-proies. De A. cf torulosa, nous avons isolé cinq analogues acyliques et deux analogues cyliques des laxaphycines que nous avons caractérisés par RMN (1D et 2D RMN : COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY), spectrométrie de masse (spectrométrie de masse à haute résolution et fragmentation en MSn), ainsi que par dégradation chimique avec la méthode de Marfey. La présence de laxaphycines acycliques n’a jamais été décrite auparavant. Nous avons montré que les peptides de L. majuscula sont séquestrés sans biotransformation par les herbivores, alors que les herbivores présents sur A. cf torulosa biotransforment deux laxaphycines en quatre composés nouveaux que nous avons caractérisés. Il ne semble pas que la séquestration et la biotransformation soient opérées dans le but d’améliorer les défenses chimiques des herbivores mais plutôt comme un mécanisme de tolérance. Nous avons également montré que les mollusques herbivores utilisent les composés produits par les cyanobactéries comme signaux chimiques pour détecter à distance les cyanobactéries et pour le choix de leur nourriture. Ces expériences de choix semblent indiquer que S. striatus et B. orientalis sont des herbivores généralistes bien que l’influence des molécules des cyanobactéries suggère un comportement adaptatif permettant au mollusque de retrouver l’hôte sur lequel il a été prélevé. / In the lagoon of Moorea in French Polynesia, we have identified a relatively simple tropical marine ecosystem consisting of two primary producers (two filamentous cyanobacteria, Lyngbya majuscula and Anabaena cf. torulosa), three herbivorous molluscs (Stylocheilus striatus, S. longicauda and Bulla orientalis), a carnivorous nudibranch (Gymnodoris ceylonica) and a carnivorous crab (Thalamita coerulipes). L. majuscula and A. cf torulosa, that bloom ephemerally across wide sandy areas and even on corals, are prolific producers of secondary metabolites, mainly cyclic lipopeptides, which may either be toxic or act as feeding deterrents to potential consumers. However, these compounds do not prevent the sea hare S. striatus, feeding on cyanobacteria. S. striatus, considered as L. majuscula specialist, is known to sequester and transform some secondary metabolites produced by L. majuscula,. However we found also S. striatus feeding on A. cf torulosa and in this case it was less susceptible to predation by the nudibranch G. ceylonicasa than when it fed on L. majuscula. In the study of this model ecosystem, we combine cyanobacterial metabolome profiling and ecological bioassays in order to study the cascading effects of chemical mediators in multi-trophic relationships; we completed the metabolic profile characterization of the two cyanobacteria, we studied vertical and horizontal transmissions of the cyanobacterial secondary metabolites along the trophic web, and studied the role of these compounds in predator-prey relationships. Focusing our attention on A. cf torulosa we isolated seven new lipopeptides, derived from the known laxaphycins, and characterized them using extensive NMR experiments (1D and 2D NMR: COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY), mass spectrometry (HR-MS and fragmentation by MSn) and Marfey’s advanced method. It is the first time that acyclic analogs of laxaphycins have been described. Although the peptides from L. majuscula are found intact in herbivores, some lipopeptides from A. cf torulosa are biotransformed by sea hares into four new compounds we characterized. The sequestration and biotransformation by the herbivores may be considered as a tolerance mechanism rather than a defense mechanism. We demonstrate also that the herbivores use cyanobacterial compounds as chemical cues for cyanobacteria tracking and feeding choice. Our experiments suggest that S. striatus and B. orientalis are generalist consumers, although the influence of cyanobacterial chemical cues on their foraging preferences may suggest an adaptive behavior enabling the mollusc to track their host of origin.

Les plastes primaires proviennent d'une cyanobactérie qui a établi une relationendosymbiotique avec un hôte eucaryote. Cet événement a donné naissance au super-groupeArchaeplastida qui inclut les Viridiplantae (algues vertes et plantes terrestres), les Rhodophyta (alguesrouges) et les Glaucophyta. Suite à l'endosymbiose primaire, les algues rouges et vertes ont étendu lacapacité de photosynthèse à d'autres lignées eucaryotes via des endosymbioses secondaires. Bien quedes progrès considérables aient été réalisés dans la compréhension de l'évolution des eucaryotesphotosynthétiques, d'importantes questions sont restées ouvertes, telles que l’identité de la lignéecyanobactérienne la plus proche des plastes primaires ainsi que le nombre et l'identité des partenairesdans les endosymbioses secondaires.Ma thèse a consisté à étudier l'origine et l'évolution précoce des eucaryotes photosynthétiques enutilisant des approches phylogénétiques et phylogénomiques. Je montre par mon travail que les plastesprimaires ont évolué à partir d'un symbiote phylogénétiquement proche de Gloeomargarita lithophora,une cyanobactérie représentant un clade s’étant diversifié précocement et qui a été détectéeuniquement dans les milieux terrestres. Ce résultat fournit des pistes nouvelles sur le contexteécologique dans lequel l'endosymbiose primaire a probablement eu lieu. En ce qui concerne l'évolutiondes lignées eucaryotes avec des plastes secondaires, je montre que les génomes nucléaires deschlorarachniophytes et des euglénophytes, deux lignées photosynthétiques avec des plastes dérivésd'algues vertes, encodent un grand nombre de gènes acquis par transferts depuis des algues rouges.Enfin, je mets en évidence que SELMA, la machinerie de translocation des protéines à travers laseconde membrane externe des plastes rouges secondaires à quatre membranes, a une histoireétonnamment compliquée aux implications évolutives importantes : les cryptophytes ont recruté unensemble de composants de SELMA différent de ceux des haptophytes, straménopiles et alvéolés.Ainsi, ma thèse a permis d’identifier pour la première fois la lignée cyanobactérienne la plus proche desplastes primaires et apporte de nouvelles pistes pour éclaircir les événements complexes qui ontjalonné l’évolution des eucaryotes photosynthétiques secondaires. / Primary plastids derive from a cyanobacterium that entered into an endosymbioticrelationship with a eukaryotic host. This event gave rise to the supergroup Archaeplastida whichcomprises Viridiplantae (green algae and land plants), Rhodophyta (red algae) and Glaucophyta. Afterprimary endosymbiosis, red and green algae spread the ability to photosynthesize to other eukaryoticlineages via secondary endosymbioses. Although considerable progress has been made in theunderstanding of the evolution of photosynthetic eukaryotes, important questions remained debatedsuch as the present-day closest cyanobacterial lineage to primary plastids as well as the number andidentity of partners in secondary endosymbioses.The main objectives of my PhD were to study the origin and evolution of plastid-bearing eukaryotesusing phylogenetic and phylogenomic approaches to shed some light on how primary and secondaryendosymbioses occurred. In this work, I show that primary plastids evolved from a close relative ofGloeomargarita lithophora, a recently sequenced early-branching cyanobacterium that has been onlydetected in terrestrial environments. This result provide interesting hints on the ecological setting whereprimary endosymbiosis likely took place. Regarding the evolution of eukaryotic lineages with secondaryplastids, I show that the nuclear genomes of chlorarachniophytes and euglenids, two photosyntheticlineages with green alga-derived plastids, encode for a large number of genes acquired by transfersfrom red algae. Finally, I highlight that SELMA, the translocation machinery putatively used to importproteins across the second outermost membrane of secondary red plastids with four membranes, has asurprisingly complex history with strong evolutionary implications: cryptophytes have recruited a set ofSELMA components different from those present in haptophytes, stramenopiles and alveolates.In conclusion, during my PhD I identified for the first time the closest living cyanobacterium to primaryplastids and provided new insights on the complex evolution that have undergone secondary plastid-bearing eukaryotes

L’azote est un des éléments les plus importants dans la nature. Sa disponibilité limite la productivité d’un grand nombre d’écosystèmes naturels, et influencera sans doute de manière importante leurs réponses aux changements climatiques globaux. La première source d’azote dans les écosystèmes non anthropisés est la fixation biologique de l’azote. Ce processus repose sur un groupe de métallo-enzymes spécifiques, les nitrogénases, dont le cofacteur métallique contient soit du fer et un atome de molybdène, soit du fer et un atome de vanadium, soit uniquement du fer. A ce jour, seule la nitrogénase au molybdène est prise en considération dans la dynamique de l’azote dans les écosystèmes, et ce malgré de nombreux indices indiquant que la nitrogénase au vanadium pourrait avoir un rôle important. Est-ce que la nitrogénase au vanadium est utilisée dans les écosystèmes naturels et quelles sont les conditions favorisant son utilisation ? Nous avons cherché à répondre à ces questions à l’aide d’un modèle symbiotique tripartite, un lichen, association entre une algue, un champignon et une cyanobactérie fixatrice d’azote. Nous avons tout d’abord développé une méthode d’étude des contenus en métaux des différents symbiontes, puis nous avons étudié la répartition et la régulation du vanadium au sein des différents symbiontes dans différentes conditions environnementales. Nous avons pu démontrer que dans ce modèle, le vanadium possède toutes les caractéristiques d’un micronutriment essentiel à la fixation d’azote. Nous avons également démontré que la disponibilité du molybdène ainsi que les températures, telles que rencontrées en milieux boréaux, seraient deux facteurs importants contrôlant l’utilisation de la V-Nase. Les résultats présentés dans cette étude apportent une meilleure compréhension de la gestion des métaux cofacteurs de la nitrogénase au sein de la symbiose lichénique. Mais ils permettent surtout de remettre en question le paradigme de l’hégémonie du molybdène sur la fixation biologique de l’azote. Ainsi, la fixation d’azote en milieu continental repose sur un ensemble hétérogène d’enzymes, ce qui autorise aux organismes fixateurs d’azote une grande flexibilité vis-à-vis des paramètres environnementaux comme les basses températures. Cela leurs permet également une meilleure adaptation au stress métallique résultant de carences en micronutriments, notamment celle en molybdène. Ces résultats invitent également à réévaluer les modèles biogéochimiques liant les cycles des micronutriments aux cycles des macronutriments, particulièrement celui de l’azote.