Les éléments transposables (ET) sont des séquences d‟ADN capables de se déplacer dans les génomes qui les hébergent. Les ET de type mariner (mariner-like element : MLE) ont été caractérisés chez les animaux et chez les plantes à fleurs terrestres mais pas chez les microalgues marines. Dans le présent travail, les MLE ont été recherchés chez les diatomées marines (Bacillariophycées) qui sont des microalgues possédant une enveloppe externe siliceuse. Elles ont colonisé tous les milieux aquatiques et constituent une part majeure du phytoplancton; de ce fait, elles jouent un rôle écologique clé dans le milieu marin.La caractérisation des MLE des diatomées a été réalisée au moyen d‟approches moléculaire et bio-informatique. La présence de MLE dans le génome de 10 espèces de diatomées a été mise en évidence grâce à l‟amplification de fragments d‟environ 380 pb. Ces fragments correspondent à une partie de la séquence conservée codant l‟enzyme responsable de la transposition des MLE : la transposase. L‟analyse des séquences obtenues, par des méthodes phylogénétiques, ainsi que la classification des MLE de diatomées mettent en évidence leur appartenance au groupe des MLE végétaux de la superfamille Tc1-mariner. Néanmoins, les séquences MLE de diatomées divergent considérablement par rapport aux MLE des plantes terrestres. Afin de déterminer si les diatomées ont la capacité de produire la transposase, l‟expression des MLE a été recherchée chez des diatomées soumises à des stress thermiques de courte durée (5 h). Nos travaux montrent que les MLE sont exprimés chez les trois espèces testées incluant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum dont le génome a été séquencé récemment. L‟expression des MLE des diatomées est variable selon les conditions thermiques et selon les espèces.L‟ensemble de nos résultats suggère que les MLE sont ubiquistes dans les génomes de diatomées et qu‟ils sont présents de manière ancestrale dans la lignée végétale. Les MLE des diatomées forment trois nouvelles sousfamilles de la superfamille Tc1-mariner, la plus répandue des superfamilles d‟ET. De plus, leur expression suggère qu‟il existe des MLE capables de se déplacer dans le génome des diatomées. Si la transposition était vérifiée, ils pourraient alors être développés comme outils de mutagenèse.

On considère généralement les biofilms comme des indicateurs biologiques d'alerte, les organismes les composant ayant des temps de génération relativement courts et présentant une grande diversité de preferenda environnementaux et de sensibilité aux altérations anthropiques. Dans ces travaux, les effets de pesticides sur les biofilms de rivière ont été étudiés à différentes échelles de représentativité, allant de mélanges complexes à faible dose en utilisant des extraits d'échantillonneur passif POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) à des molécules testées seules, en passant par des mélanges simples.L'exposition chronique et à faible dose aux extraits de POCIS a révélé des impacts au niveau de la croissance, de la structure (assemblages de diatomées) et du fonctionnement du biofilm en lien avec son exposition passée. De plus les expériences utilisant des molécules testées seules (pesticides et métabolites) et les mélanges simples ont permis de caractériser la toxicité relative des composés présents dans les extraits de POCIS en lien avec leur mode d'action et d'explorer la réponse de descripteurs encore peu utilisés en écotoxicologie comme la construction de Rapid Light Curves (RLCs).Ce travail confirme la pertinence de l'utilisation des extraits d'échantillonneurs passifs comme le POCIS pour mieux appréhender les effets des pesticides en mélanges sur le biofilm de rivière ainsi que l'intérêt des RLCs en tant que descripteur précoces d'exposition aux pesticides.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d‟ADN capables de se déplacer dans les génomes qui les hébergent. Les ET de type mariner (mariner-like element : MLE) ont été caractérisés chez les animaux et chez les plantes à fleurs terrestres mais pas chez les microalgues marines. Dans le présent travail, les MLE ont été recherchés chez les diatomées marines (Bacillariophycées) qui sont des microalgues possédant une enveloppe externe siliceuse. Elles ont colonisé tous les milieux aquatiques et constituent une part majeure du phytoplancton; de ce fait, elles jouent un rôle écologique clé dans le milieu marin.La caractérisation des MLE des diatomées a été réalisée au moyen d‟approches moléculaire et bio-informatique. La présence de MLE dans le génome de 10 espèces de diatomées a été mise en évidence grâce à l‟amplification de fragments d‟environ 380 pb. Ces fragments correspondent à une partie de la séquence conservée codant l‟enzyme responsable de la transposition des MLE : la transposase. L‟analyse des séquences obtenues, par des méthodes phylogénétiques, ainsi que la classification des MLE de diatomées mettent en évidence leur appartenance au groupe des MLE végétaux de la superfamille Tc1-mariner. Néanmoins, les séquences MLE de diatomées divergent considérablement par rapport aux MLE des plantes terrestres. Afin de déterminer si les diatomées ont la capacité de produire la transposase, l‟expression des MLE a été recherchée chez des diatomées soumises à des stress thermiques de courte durée (5 h). Nos travaux montrent que les MLE sont exprimés chez les trois espèces testées incluant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum dont le génome a été séquencé récemment. L‟expression des MLE des diatomées est variable selon les conditions thermiques et selon les espèces.L‟ensemble de nos résultats suggère que les MLE sont ubiquistes dans les génomes de diatomées et qu‟ils sont présents de manière ancestrale dans la lignée végétale. Les MLE des diatomées forment trois nouvelles sousfamilles de la superfamille Tc1-mariner, la plus répandue des superfamilles d‟ET. De plus, leur expression suggère qu‟il existe des MLE capables de se déplacer dans le génome des diatomées. Si la transposition était vérifiée, ils pourraient alors être développés comme outils de mutagenèse. / Transposable elements (TE) are sequences able to move between two loci in the host genomes. Mariner-like element (MLE) are well characterized in animal and land plant genomes but not in marine microalgae. In this work, we have looked for MLE in marine diatoms (Bacillariophyceae) that are microalgae having a siliceous wall. They have colonized all aquatic environments and are a major component of the phytoplankton, so they play a major role in the ecology of marine environments.To characterize the diatom MLE, molecular and bio-informatics approaches were used. The presence of MLE was detected in ten diatom species which exhibited sequence fragments of about 380 pb. These fragments were identified as a section of the conserved sequence which encodes the enzyme responsible for MLE transposition, the transposase. Phylogeny and classification analysis of these fragments revealed that diatom MLE belong to the Tc1-mariner superfamily, and more precisely to the vegetal MLE group. Nevertheless, diatom MLE sequences diverged from the flowering plant MLE. In order to determine if MLE transposase is produced in diatoms, MLE expression was looked for in diatoms under thermal stresses. Our results showed that diatom MLE were expressed in the three species tested, including the model diatom Phaeodactylum tricornutum which was completely sequenced recently. Diatom MLE expression was dependent on the thermal conditions and on the species.Our results suggest that MLE are widespread in diatom genomes and that they have an ancestral presence in the green lineage. Diatom MLE cluster in three subfamilies in the huge ET Tc1-mariner superfamilly. Finally, the diatom MLE expression detected could reflect the existence of active MLE in diatom genomes. If this hypothesis were verified, it could lead to the development of mutagenesis tools.

La diatomée Haslea ostrearia a longtemps été considérée comme le seul organisme apte à produire un pigment surnuméraire bleu nommé marennine, connu pour son rôle dans le verdissement des branchies des huîtres affinées dans les bassins ostréicoles. Certains des mécanismes et facteurs influençant l’entrée de cette diatomée en phase de reproduction sexuée (auxosporulation) ont été mis en évidence, tels la concentration cellulaire, la qualité de l’éclairement incident, ou le préconditionnement des algues. La découverte dans le cadre d’un projet européen, de populations de diatomées apparentées à H. ostrearia en divers points du globe a conduit à la description et l’identification de trois nouvelles espèces de diatomées bleues : Haslea silbo sp. nov. des îles Canaries, Haslea karadagensis sp. nov., provenant de Mer Noire et Haslea provencialis sp. nov. de Méditerranée Occidentale. La première phylogénie moléculaire de ces espèces de diatomées bleues, ainsi que d’autres espèces de diatomées appartenant au genre Haslea, a été réalisée en utilisant trois marqueurs génétiques, la cassette ribosomale ITS1-5,8S-ITS2, le gène chloroplastique rbcL ainsi qu’un fragment du gène mitochondrial cox1. Ces trois marqueurs moléculaires montrent que les diatomées bleues forment un clade distinct au sein du genre Haslea. De plus, l’existence de deux populations d’H. ostrearia originaires des côtes françaises et suédoises sexuellement compatibles a permis d’étudier la variabilité génétique intraspécifique, en mettant en évidence quelques différences au niveau de la séquence du gène cox1. Ces différences ont également permis d’étudier chez la progéniture obtenue par croisements de ces populations, la répartition et l’héritabilité de l’ADN mitochondrial. Par ailleurs, la spectophotométrie UV-visible et la spectométrie Raman ont été utilisées pour poursuivre la caractérisation physico-chimique des pigments bleus de ces diatomées. L’existence de pigments distincts chez les nouvelles espèces de diatomées bleues a permis de proposer une première classification chimiotaxonomique. Enfin, les activités biologiques de la marennine et du pigment de l’espèce ukrainienne, H. karadagensis, ont été étudiées grâce à la détermination de leurs propriétés antibactériennes et antivirales. / The diatom Haslea ostrearia has long been considered as the only organism able to produce a blue pigment called marennine, known for greening oysters’ gills in fattening ponds. Key factors for the triggering of this diatom’s sexual reproduction (auxosporulation) have been evidenced, such as cell concentration, light quality or light conditioning. In the aim of a European project, new species of blue diatoms have been discovered : Haslea silbo sp. nov. from the Canary Islands, Haslea karadagensis sp. nov. from the Black Sea and Haslea provincialis sp. nov. from the Mediterranean Sea. A first molecular phylogeny of the genus Haslea has been made using three markers : ITS1-5.8S-ITS2, rbcL and cox1. Blue diatoms appeared to belong to a distinct cluster inside the genus. Availability of two H. ostrearia populations from France and Sweden, sexually compatibles but bearing differences in their cox1 sequences allowed studying the distribution and inheritance of the mitochondrial DNA during auxosporulation. Moreover, UV-visible spectrophotometry and Raman spectometry have been used for pigments’ characterization. Existence of distinct pigments in the newly described species led to the proposal of a chemotaxonomic classification. Finally, biological activities of marennine and H. karadagensis’ pigments have been studied in regards of their antibacterial and antiviral properties.

Dans cette thèse, deux axes ont été investigués. Le premier visait à étudier les relations Si-Corg et plus précisément Si-Clipides. La mise au point d’un protocole destiné à l’analyse des lipides associés aux frustules a été réalisée. Ce protocole nous a permis de montrer que ces lipides, représentant environ 1 % du Corg total, étaient dominés par des acides gras saturés (14:0, 16:0 et 18:0) chez Thalassiosira weissflogii. Le suivi de cette fraction au cours d’expériences de dégradation nous a permis de confirmer l’hypothèse de protection de la matière organique (MO) par la silice biogénique. Ces relations Si-Corg ont également été analysées après une croissance carencée en nitrate. Les résultats montrent que cette fraction n’était pas affectée par une carence en nitrate chez T. weissflogii.Notre deuxième axe d’investigation a consisté à étudier l’impact des conditions nutritives de croissance (carence en N, P et Si) sur la composition biochimique de T. weissflogii et sur sa biodégradation. Le calcul des constantes de dégradation de ses différents pools constitutifs (COP, NOP, monosaccharides et lipides) nous a permis de juger de l’efficacité des diatomées carencées, à exporter du Corg. La dégradation du Corg est peu affectée par ces carences à l’échelle globale mais sa quantité absolue par cellule augmente. De plus, la réponse physiologique de nos cellules face à une carence en Si semble être découplée du métabolisme énergétique contrairement aux réponses observées face aux carences en N et P. Cette variabilité de la réponse physiologique pourrait expliquer en partie la variabilité interbassins observée dans les corrélations entre flux de Si et de Corg en profondeur. / In this thesis, two axes of investigation on the diatom Thalassiosira weissflogii have been studied. The first one aimed to study Si-OC relationships and more specifically Si-OClipids. The development of an adapted protocol designed to analyse lipids intimately associated with frustules has been carried out. This protocol enabled us to show that lipids, amounting to about 1 % of the total OC, were dominated by saturated fatty acids (14:0, 16:0 and 18:0) in T. weissflogii cells. The monitoring of this fraction during degradation experiments enabled us to confirm the protective role of biogenic silica on organic matter (OM). These Si-OC relationships have also been analyzed after diatoms grew in nitrate starved conditions. Results indicated that this fraction was not impacted by nitrate starvation in T. weissflogii.Our second axis of investigation was to study the impact of nutrient growth conditions (starvations in N, P and Si) on T. weissflogii biochemical composition and its biodegradation. The estimation of degradation rate constants for some OM pools (POC, PON, monosaccharides and lipids) enabled us to assess the OM quality changes and the efficiency of nutrient starved diatoms to export OC. Interestingly, the degradation of OC is weakly affected by these starvations at the global scale (POC) but its absolute amount per cell increases. Moreover, the physiological response of cells facing Si starvation seems to be uncoupled with energetic metabolism, the opposite of observed responses during N and P starvations. This variability of the physiological response could explain partly the inter basin variability observed in Si and OC flux in depth.

On considère généralement les biofilms comme des indicateurs biologiques d’alerte, les organismes les composant ayant des temps de génération relativement courts et présentant une grande diversité de preferenda environnementaux et de sensibilité aux altérations anthropiques. Dans ces travaux, les effets de pesticides sur les biofilms de rivière ont été étudiés à différentes échelles de représentativité, allant de mélanges complexes à faible dose en utilisant des extraits d’échantillonneur passif POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) à des molécules testées seules, en passant par des mélanges simples.L’exposition chronique et à faible dose aux extraits de POCIS a révélé des impacts au niveau de la croissance, de la structure (assemblages de diatomées) et du fonctionnement du biofilm en lien avec son exposition passée. De plus les expériences utilisant des molécules testées seules (pesticides et métabolites) et les mélanges simples ont permis de caractériser la toxicité relative des composés présents dans les extraits de POCIS en lien avec leur mode d’action et d’explorer la réponse de descripteurs encore peu utilisés en écotoxicologie comme la construction de Rapid Light Curves (RLCs).Ce travail confirme la pertinence de l’utilisation des extraits d’échantillonneurs passifs comme le POCIS pour mieux appréhender les effets des pesticides en mélanges sur le biofilm de rivière ainsi que l’intérêt des RLCs en tant que descripteur précoces d’exposition aux pesticides. / Biofilms can be regarded as biological warming systems, because they are generally composed of short generation time organisms presenting a large range of environmental preferenda and various sensibilities to anthropogenic disturbance. In the present study, effects of pesticides on river biofilms have been studied at different levels of representativeness, from complex mixtures at low dose represented by POCIS passive sampler extracts (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) to molecules tested alone via simple mixtures.Chronic exposure to low dose of POCIS extracts revealed impacts on growth related, structural (diatom assemblages) and functional parameters related to biofilm exposure history. Moreover experiment using single molecules and simple mixtures allowed to characterised the relative toxicity of compounds present in the POCIS extracts in link with their specific mode of action and explore the response of descriptor not very used in ecotoxicology field like the construction of Rapid Light Curves (RLCs).This work confirms the relevance of the use of passive sampler extracts as POCIS in order to better understand the effects of pesticides in mixture on river biofilms as well as the interest of RLCs as early exposure descriptors of pesticides exposure.

Les diatomées sont des algues microscopiques qui contribuent à hauteur de 25% environ à la production primaire planétaire. Les diatomées sont très souvent entourées d’une flore bactérienne, avec laquelle de nombreuses interactions ont été documentées. Les génomes de diatomées contiennent par ailleurs de nombreux gènes dont l’origine prédite est bactérienne.Nous avons étudié Asterionella formosa, une diatomée pennée présente dans de nombreux lacs et cours d’eau à l'aide de données omiques. L’utilisation de la métagénomique a permis de reconstruire 30 génomes bactériens, utilisés pour prédire d'éventuelles interactions avec la diatomée. Le séquençage de la sous-unité 16S de l’ARN ribosomique a montré que les différentes espèces bactériennes avaient une abondance variable au cours des phases de croissance de la diatomée, et que certaines étaient plus souvent au contact de la diatomée que libres dans le milieu. Le génome d'A. formosa a ensuite été séquencé à l'aide de la technologie Pacbio et comparé à ceux d'espèces proches. Enfin, l’impact des bactéries sur les diatomées a été abordé sous l’angle de l’évolution et des transferts horizontaux de gènes, qui ont été prédits à partir des données transcriptomiques d’une centaine de diatomées marines.Ce travail représente une première étape dans l'étude de la communauté bactérienne associée à A. formosa. Des expériences complémentaires incluant l’utilisation de transcriptomique ou métabolomique sont maintenant envisageables. Les données collectées et/ou analysées dans ce travail contribuent d'ores et déjà à l’effort global de caractérisation génomique des diatomées. / Diatoms are ubiquitous microalgae that contribute approximately 25% to the primary production worldwide. Many interactions, either positive, neutral or negative, have been documented between diatoms and bacteria. Diatom genomes also harbor numerous genes of putative bacterial origin.We are studying Asterionella formosa, a freshwater pennate diatom. We characterized the community using a combination of omics and laboratory techniques. We reconstructed of the genome of the diatom as well as 30 individual genomes from co-cultured bacterial species and investigated metabolisms that could support diatom-bacteria interactions. 16S rRNA sequencing revealed that the abundance of some bacterial species was highly variable over the course of A. formosa growth. Some species seemed preferentially attached to the diatom while others were mainly free-living. Then, the reference sequence of the A. formosa genome was improved by additional long-read (Pacbio) sequencing. Last, relationships between diatoms and bacteria were investigated at a broader evolutionary scale, by looking at horizontal gene transfers using transcriptomic data of a hundred marine diatoms.This work is a first step in the study of the dynamic and complex bacterial community associated with the diatom A. formosa. The accurate identification and the reconstruction of the genome of these bacteria will enable further in silico predictions based on metabolic networks and new omics experiments using transcriptomic or metabolomic. This work already contributes to a global effort to study diatoms by the means of genomics.

La diatomée Haslea ostrearia a longtemps été considérée comme le seul organisme apte à produire un pigment surnuméraire bleu nommé marennine, connu pour son rôle dans le verdissement des branchies des huîtres affinées dans les bassins ostréicoles. Certains des mécanismes et facteurs influençant l'entrée de cette diatomée en phase de reproduction sexuée (auxosporulation) ont été mis en évidence, tels la concentration cellulaire, la qualité de l'éclairement incident, ou le préconditionnement des algues. La découverte dans le cadre d'un projet européen, de populations de diatomées apparentées à H. ostrearia en divers points du globe a conduit à la description et l'identification de trois nouvelles espèces de diatomées bleues : Haslea silbo sp. nov. des îles Canaries, Haslea karadagensis sp. nov., provenant de Mer Noire et Haslea provencialis sp. nov. de Méditerranée Occidentale. La première phylogénie moléculaire de ces espèces de diatomées bleues, ainsi que d'autres espèces de diatomées appartenant au genre Haslea, a été réalisée en utilisant trois marqueurs génétiques, la cassette ribosomale ITS1-5,8S-ITS2, le gène chloroplastique rbcL ainsi qu'un fragment du gène mitochondrial cox1. Ces trois marqueurs moléculaires montrent que les diatomées bleues forment un clade distinct au sein du genre Haslea. De plus, l'existence de deux populations d'H. ostrearia originaires des côtes françaises et suédoises sexuellement compatibles a permis d'étudier la variabilité génétique intraspécifique, en mettant en évidence quelques différences au niveau de la séquence du gène cox1. Ces différences ont également permis d'étudier chez la progéniture obtenue par croisements de ces populations, la répartition et l'héritabilité de l'ADN mitochondrial. Par ailleurs, la spectophotométrie UV-visible et la spectométrie Raman ont été utilisées pour poursuivre la caractérisation physico-chimique des pigments bleus de ces diatomées. L'existence de pigments distincts chez les nouvelles espèces de diatomées bleues a permis de proposer une première classification chimiotaxonomique. Enfin, les activités biologiques de la marennine et du pigment de l'espèce ukrainienne, H. karadagensis, ont été étudiées grâce à la détermination de leurs propriétés antibactériennes et antivirales.

L'ubiquisme des diatomées et leur diversité taxonomique a favorisé l'utilisation croissante de ces algues pour l'évaluation des conditions environnementales en eaux douces. La contamination métallique qui affecte certains cours d'eau peut conduire à des modifications de la structure des communautés et de la morphologie des individus. Dans ces travaux, les caractéristiques des biofilms périphytiques ont été étudiées sur le terrain (bassin versant du Riou-Mort, Sud-Ouest de la France) et en conditions expérimentales. La présence de métaux (ici : cadmium, zinc) induit non seulement un remplacement des espèces sensibles (Cyclotella meneghiniana, Navicula gregaria, Navicula veneta) par des espèces plus tolérantes (notamment Eolimna minima), mais également une diminution de la taille de certains individus et / ou l'apparition d'anomalies morphologiques affectant de nombreuses espèces. Le rôle structurant d'autres facteurs abiotiques sur les communautés diatomiques a de plus été souligné, particulièrement celui de la présence de nutriments en concentrations élevées qui stimule la production de biomasse et modifie la structure des assemblages au profit d'espèces saprophiles. L'action protectrice de la matrice organique vis-à-vis des contaminants métalliques a également été confirmée au travers de ces travaux. La pertinence de l'utilisation des diatomées pour la bioindication des pollutions métalliques a été validée, et ces études fournissent une base à l'élaboration d'un indice diatomique de pollution métallique probable.

Le phytoplancton joue un rôle important dans le cycle océanique du carbone. Les capteurs spatiaux de « couleur de l'océan » permettent, depuis plus de vingt ans, un suivi quasi-quotidien de la concentration en phytoplancton dans les eaux de surface du globe. Ces données sont utilisées pour quantifier la « pompe biologique marine » de carbone. Cependant, l'efficacité de cette « pompe biologique » varie fortement en fonction du groupe de phytoplancton présent dans les eaux de surface. Distinguer les principaux groupes depuis l'espace était donc un enjeu majeur des études de la couleur de l'océan au début de ma thèse.<br />Durant ma thèse, j'ai utilisé une approche empirique visant à mettre en évidence des relations entre les mesures spectrales effectuées par le capteur spatial SeaWiFS et la présence de groupes dominants de phytoplancton identifiés à l'aide d'inventaires pigmentaires collectés lors des campagnes GeP&CO (10/1999 - 07/2002) entre la France et la Nouvelle-Calédonie. J'ai montré que quatre grands groupes de phytoplancton peuvent être identifiés de façon fiable (Haptophytes, Prochlorococcus, Cyanobacterie et Diatomées) et que trois groupes supplémentaires sont probablement détectables (Trichodesmiums, Phaeocystis, Coccolithophoridés). J'ai appliqué cette classification, appelée PHYSAT, à l'ensemble des données journalières du capteur SeaWIFS de 1997 à 2004. Les résultats obtenus apportent, pour la première fois, une information sur la distribution spatio-temporelle des principaux groupes de phytoplancton à l'échelle du globe.