Le déclin actuel de la biodiversité a poussé un grand nombre d’études à s’intéresser aux relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. La diversité intraspécifique est une facette centrale de la biodiversité qui permet aux espèces de s’adapter aux variations environnementales et dont l’importance écologique est de plus en plus examinée. A l’aide d’une méta-analyse synthétisant des données sur plusieurs espèces et écosystèmes, nous avons démontré qu’un changement de la diversité intraspécifique peut avoir des conséquences écologiques aussi fortes qu’un changement de la diversité spécifique. Ensuite, au travers d’études empiriques nous avons étudié la diversité fonctionnelle et trophique de populations sauvages de vairons (Phoxinus phoxinus), une espèce de poisson abondante en rivière. Une forte variabilité fonctionnelle et trophique a été montrée entre populations de vairons. Cette diversité était structurée de manière complexe du fait de l’action jointe des conditions environnementales, de facteurs évolutifs et des multiples liens existants entre les traits et la niche trophique. Par ailleurs, nous avons montré expérimentalement que les différences fonctionnelles entre populations de vairons pouvaient engendrer des conséquences écologiques aussi fortes qu’une augmentation de la température. De plus, des populations plus diversifiées génétiquement soutenaient des diversités spécifiques élevées puis augmentaient l’intensité des processus écosystémiques. Ces travaux mettent en évidence que la diversité intraspécifique est une composante essentielle de la biodiversité qui doit être considérée comme un facteur majeur affectant la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes

Listeria monocytogenes est un pathogène d'origine alimentaire à multiples facettes caractérisé par sa capacité d'adaptation dans des conditions défavorables et par sa prolifération dans une vaste gamme d'environnements, du sol aux cellules hôtes des mammifères. L'hétérogénéité génétique de L. monocytogenes se reflète dans sa structure clonale diversifiée, ce qui corrèle, dans une certaine mesure, avec des traits phénotypiques tels que la virulence ou la résistance au stress. La thèse portait sur deux phénotypes les plus éminents, la formation d'un biofilm et le potentiel de virulence, sous différents angles et à l'aide des technologies les plus récentes. Tout au long des études, des grands panels d'isolats ont été utilisés pour représenter la diversité intraspécifique. Stimulants défavorables tels que le choc froid et la privation d'éléments nutritifs induits par l'étape d'adhésion bactérienne. L'ajout de NaCl aux cultures de croissance a stimulé la production de biofilm et, de manière surprenante, il a considérablement intensifié la maturation du biofilm de cellules privées de nutriments. Un degré élevé de variation de la productivité relative du biofilm a été observé parmi les sérotypes, les génotypes, de même que les isolats selon les conditions de culture. Cependant, un certain génotype (complexe clonal 26) a révélé de manière caractéristique une production de biofilm plus élevée à froid (10°C), suggérant une association du génotype avec le phénotype du biofilm. Pan-GWAS a identifié un certain nombre de gènes parmi lesquels ceux impliqués dans des fonctions telles que la ‘transformation/compétence’, les ‘gènes liés aux phages’ et le ‘métabolisme du phosphate’ devront faire l'objet d'études plus approfondies sur leur rôle dans la formation du biofilm. L'analyse du séquençage de l'ARN a révélé une grande hétérogénéité intraspécifique dans les profils de transcriptome basal qui mettaient en évidence le rôle du réseau de régulation, y compris certains facteurs transcriptionnels avec des rôles clés dans la virulence tels que σB, PrfA, et CodY. La plasticité transcriptomique entre les lignées I et II ainsi que les génotypes hyper et hypovirulents ont confirmé les caractéristiques évolutives et épidémiologiques de L. monocytogenes. De plus, la voie métabolique centrale a été impliquée dans l'infection dans le système modèle de Galleria mellonella. En conclusion, la thèse a exploré la diversité intraspécifique de L. monocytogenes et a donné lieu à de nombreux résultats phénotypiques, génomiques et transcriptomiques. Grâce à l'approche intégrative des omiques en listeriologie, le présent travail contribuera à dévoiler la physiologie et la pathogenèse de la bactérie. / Conditions and proliferation in a wide range of environments from soil to mammalian host cells. The genetic heterogeneity in L. monocytogenes is reflected on its diversified clonal structure which correlates, to some extent, with phenotypic traits such as virulence or stress resistance. The thesis investigated two most prominent phenotypes, biofilm formation and virulence potential, from various perspectives using state-of-the art technologies. Throughout the studies, large panels of isolates were used to represent the intraspecific diversity. Unfavourable stimuli such as cold shock and nutrient deprivation induced bacterial adhesion step. Addition of NaCl to growth cultures stimulated biofilm production and, surprisingly, it significantly intensified biofilm maturation of nutrient-deprived cells. High degree of variation in relative biofilm productivity was observed among serotypes, genotypes, as well as isolates across culture conditions, however, certain genotype (clonal complex 26) revealed distinctively higher biofilm production under cold temperature (10°C) suggesting an association of genotype with biofilm phenotype. Pan-GWAS identified a number of genes among which those implicated in functions such as ‘transformation/competence’, ‘phage-related genes’, and ‘metabolism of phosphate’ will need further investigations for their roles in biofilm formation. RNA sequencing analysis revealed high intraspecific heterogeneity in basal transcriptome profiles that featured the role of regulatory network including certain transcriptional factors with key roles in virulence such as σB, PrfA, and CodY. The transcriptomic plasticity between lineage I and II as well as hyper- and hypovirulent genotypes supported the evolutionary and epidemiological characteristics of L. monocytogenes. Moreover, the central metabolic pathway was implicated in the infection in Galleria mellonella model system. Conclusively, the thesis explored intraspecific diversity in L. monocytogenes and resulted in ample phenotypic, genomic, and transcriptomic findings. With the integrative omics approach in listeriology, the present work will contribute to unveiling the physiology and pathogenesis of the bacterium.

L'objectif de cette thèse a été de caractériser les patrons spatiaux de diversité inter- et intraspécifique au sein des réseaux dendritiques, d'expliciter les processus évolutifs et écologiques qui les sous-tendent, et d'isoler les possibles covariations spatiales et interactions existant entre ces différentes facettes de biodiversité. Pour cela, j'ai tout d'abord développé de nouvelles méthodes statistiques permettant l'analyse, par des modèles causaux, de données sous la forme de matrices de distances, afin de pouvoir analyser plusieurs facettes de biodiversité dans un unique cadre statistique au niveau alpha et bêta. J'ai par la suite étudié de manière intégrative les patrons de diversité interspécifique et intraspécifique génétique d'une part, et intraspécifique génétique et intraspécifique phénotypique d'autre part, au sein du bassin versant Garonne- Dordogne. Enfin, j'ai utilisé un modèle de dynamique éco-évolutive afin d'étudier l'impact de la structure et des gradients environnementaux caractérisant les réseaux dendritiques sur l'adaptation locale au sein de ces réseaux. / The aim of this thesis was to characterized the spatial patterns of inter- and intraspecific diversity within riverine networks, to better understand the ecological and evolutionary processes underlying them and to explore how the different facets of biodiversity interact with one another. First, I developed novel statistical approaches allowing the application of causal modeling to data in the form of pairwise matrices, thus allowing the study within integrative frameworks of several biodiversity facets at the alpha and beta levels. I then studied integratively the patterns of interspecific and intraspecific genetic diversity and of intraspecific genetic and intraspecific phenotypic diversity within the Garonne-Dordogne river basin. Finally, I used an eco-evolutionary metapopulation dynamics model to assess the impacts of the structure and environmental gradients that characterize riverine networks on local adaptation.

Le déclin actuel de la biodiversité a poussé un grand nombre d’études à s’intéresser aux relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. La diversité intraspécifique est une facette centrale de la biodiversité qui permet aux espèces de s’adapter aux variations environnementales et dont l’importance écologique est de plus en plus examinée. A l’aide d’une méta-analyse synthétisant des données sur plusieurs espèces et écosystèmes, nous avons démontré qu’un changement de la diversité intraspécifique peut avoir des conséquences écologiques aussi fortes qu’un changement de la diversité spécifique. Ensuite, au travers d’études empiriques nous avons étudié la diversité fonctionnelle et trophique de populations sauvages de vairons (Phoxinus phoxinus), une espèce de poisson abondante en rivière. Une forte variabilité fonctionnelle et trophique a été montrée entre populations de vairons. Cette diversité était structurée de manière complexe du fait de l’action jointe des conditions environnementales, de facteurs évolutifs et des multiples liens existants entre les traits et la niche trophique. Par ailleurs, nous avons montré expérimentalement que les différences fonctionnelles entre populations de vairons pouvaient engendrer des conséquences écologiques aussi fortes qu’une augmentation de la température. De plus, des populations plus diversifiées génétiquement soutenaient des diversités spécifiques élevées puis augmentaient l’intensité des processus écosystémiques. Ces travaux mettent en évidence que la diversité intraspécifique est une composante essentielle de la biodiversité qui doit être considérée comme un facteur majeur affectant la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes / Current decline of biodiversity has led to many investigations on the relationship between biodiversity and ecosystem functioning. Diversity within species is a pivotal facet of biodiversity that allows species adapting to environmental conditions, and can have ecological effects. Using a meta-analysis synthetizing data across species and ecosystems, we showed that changes in intraspecific diversity can have ecological consequences as strong as changes in species diversity. Then, we empirically studied the functional and trophic diversity among wild populations of European minnows (Phoxinus phoxinus), a highly abundant freshwater species. We observed a high functional and trophic variability among populations, which was shaped by environmental conditions, evolutionary factors, and covariations linking traits and trophic niche among each other. Additionally, we experimentally demonstrated that functional variation among populations led to ecological consequences as strong as those of warming ecosystem. Finally, we uncovered that high genetic diversity within population sustained higher species diversity and higher rates of ecosystem processes. Overall, this thesis reveals that intraspecific diversity is a fundamental component of biodiversity that should be considered as a strong driver of community and ecosystem dynamics.

P. roqueforti est une moisissure connue comme contaminant des ensilages et des aliments, mais aussi utilisée comme ferment pour la production de fromages à pâte persillée. Cette espèce est également connue pour son potentiel de production de métabolites secondaires à impact positif, comme les arômes, mais aussi à impact négatif, tels que des mycotoxines (dont la roquefortine C -ROQC- et l’acide mycophénolique -MPA-). Dans la première partie de ce travail, l’occurrence de la ROQC, du MPA et de l’aflatoxine M1 (seule mycotoxine réglementée dans les produits laitiers), dans une collection de 86 fromages à pâte persillée de différentes variétés et origines géographiques (15 pays), a été réalisée. Il apparaît que, si l’aflatoxine est inférieure au seuil de détection (LOD) de la méthode, les concentrations en ROQC et MPA sont quant à elles très variables et qu’une co-occurrence de ces mycotoxines existe dans 51% des échantillons testés. Dans la seconde partie, la toxicité de ces mycotoxines sur modèles cellulaires intestinal ou monocytaires a été évaluée. L’étude de cytotoxicité en mono-exposition a permis d’établir des valeurs de référence (CI50); d’autre part, un effet synergique des deux mycotoxines aux plus fortes concentrations testées a été révélé sur la lignée cellulaire intestinale (Caco-2). L’implication du mécanisme apoptotique après une exposition précoce (3 et 6 heures) à la ROQC et/ou au MPA a aussi été mise en évidence sur le modèle THP-1 ainsi qu’une absence d’implication de l’apoptose après 24 heures de mono ou de co-exposition sur modèle intestinal Caco-2. Enfin, dans la troisième partie, une étude de facteurs biotique ou abiotiques pouvant potentiellement moduler la production de ROQC et de MPA a été réalisée. L’évaluation du potentiel mycotoxigénique de 96 souches de P. roqueforti a mis en évidence que le milieu cheese-agar (mimant la composition physico-chimique du fromage) était beaucoup moins favorable que le milieu YES pour la production des deux mycotoxines et une grande variabilité dans la capacité de production des souches a été observée. L’étude de l’influence des facteurs abiotiques a montré qu’une température de 12°C ou une concentration en NaCl de 8% ou encore une atmosphère contenant 5% d’O2 diminuait significativement la production de ROQC et de MPA indépendamment de la croissance, alors que les autres facteurs (pH et présence de précurseurs de la ROQC) n’avaient pas d’effet dans les conditions testées. / P. roqueforti is a mould associated with silage and food contamination but also used as a ripening culture for the production of blue-veined cheese. Moreover, this species is also known for its potential to produce secondary metabolites. These metabolites can have a positive impact (e.g. aromas) or a negative impact (e.g. mycotoxins, including roquefortine C -ROQC- and mycophenolic acid -MPA-). In the framework of this work, we first studied the occurrence of MPA, ROQC and aflatoxin M1 (the only regulated mycotoxin in dairy products) within an 86 blue-veined cheese collection (representing 15 countries). Aflatoxin contents were always below the method detection limit. For MPA and ROQC, concentrations were highly variable and a co-occurrence of both mycotoxins was observed in 51% of the tested samples. Then, the toxicity of the 2 mycotoxins was established on various cell models (intestinal and monocytic). Mono-exposure studies allowed IC50 determination. Moreover, a synergistic effect was observed on Caco-2 cells when MPA and ROQC were used for co-exposure at the highest tested concentrations. While an apoptotic mechanism was observed at early THP-1 exposure stages (3 and 6h), no apoptose occurred for Caco-2 cells after 24 h of mono or co-exposure. Finally, a study of the biotic and abiotic factors potentially modulating P. roqueforti MPA and ROQC production was performed. Mycotoxigenic potential evaluation of 96 de P. roqueforti strains highlighted that a cheese-agar medium (mimicking cheese physico-chemical composition) was less favourable than the synthetic YES medium for mycotoxin production. A large variability in terms of mycotoxin production was also observed among the tested strains. Besides, while a significant effect of the temperature (12°C) and NaCl (8%) and O2 (5%) concentrations was observed on ROQC and MPA production, no significant effect of pH and ROQC amino-acid precursor addition could be detected on the production of both mycotoxins.