Les communautés microbiennes dominent la plupart des écosystèmes aquatiques en termes de biomasse et de productivité, particulièrement dans les environnements nordiques hostiles à la faune et la flore macroscopiques. Les virus y contrôlent l'abondance des populations microbiennes et peuvent modifier le métabolisme des cellules infectées par l'utilisation de gènes métaboliques auxiliaires. Le court-circuit viral affecte aussi le transfert des nutriments et de l'énergie dans les réseaux trophiques en emprisonnant l'énergie dans la boucle microbienne, ne la rendant accessible qu'aux micro-organismes. Ces manipulations de l'activité de la prépondérante biomasse microbienne peuvent se répercuter jusque dans les cycles biogéochimiques des environnements aquatiques nordiques. La salinité est une caractéristique importante de ces écosystèmes puisqu'elle influence directement le métabolisme des micro-organismes. Chez les virus, ces effets se traduisent dans leur distribution, leur infectivité et leurs interactions avec leurs hôtes. L'objectif de cette thèse est d'offrir une connaissance approfondie de l'écologie des virus aquatiques en examinant plus spécifiquement les changements de diversité selon les gradients de salinité dans les milieux nordiques. La composition des communautés virales a donc été étudiée dans trois sites nordiques sélectionnés pour leur importance écologique et la spécificité de leur zone de transition saline. D'abord, une approche par amplification PCR de marqueurs conservés pour les Phycodnaviridae et les Picornavirales a permis de dresser un portrait des virus infectant le phytoplancton dans la zone de turbidité maximale du fleuve Saint-Laurent, important cours d'eau d'Amérique du Nord. La détection de ces virus dans six sites allant de l'habitat dulcicole à l'habitat marin a révélé peu de phylotypes viraux communs entre les sites d'eau douce et d'eau salée. La salinité semble ainsi y être le premier déterminant de la composition de la communauté virale. De plus, nos analyses indiquent que les virus découverts dans l'estuaire du Saint-Laurent divergent de ceux qui ont déjà été classifiés et des virotypes d'environnements comparables publiés. Ces résultats suggèrent que des virus à ADN et à ARN infectant le phytoplancton seraient actifs dans la zone de turbidité maximale et que cette région possède des assemblages viraux uniques. Ensuite, une approche viromique a permis de caractériser les communautés virales d'un lac arctique hautement stratifié, le lac A, dont les eaux profondes issues de l'océan Arctique ancien se sont révélées riches en virus nouveaux. Ce type de lacs à stratification pérenne est dépendant de la couverture de glace qui maintient la structure chimique de sa colonne d'eau et la distribution des communautés microbiennes qui y sont associées. Les communautés virales des trois strates du lac étaient remarquablement distinctes, ce qui suggère qu'il y a peu d'échange de virotypes entre elles. L'abondance virale et les ratios virus/procaryotes étaient plus élevés en profondeur et la division nette des communautés virales correspondait avec celle d'hôtes potentiels. Les communautés virales du lac A se distinguaient aussi de données de l'océan Arctique et du lac méromictique Ace Lake en Antarctique. Enfin, la même approche viromique peu invasive développée pour les travaux de la présente thèse a permis de documenter la diversité virale du dernier lac épiplateforme de l'Arctique, le lac épiplateforme du fjord Milne. Contrairement aux résultats obtenus au lac A, les assemblages viraux de surface étaient les plus diversifiés et une communauté virale propre à la chémocline du lac n'a pas pu être détectée. La division nette entre les assemblages dulcicoles et marins s'expliquait principalement par la conductivité et la concentration en oxygène dissout. La caractérisation de certains groupes de virotypes cooccurents a aussi permis de prévoir leurs hôtes potentiels. Les zones de transition étudiées dans cette thèse sont maintenues par des équilibres hydriques et glaciaires fragiles, déjà perturbés par les changements climatiques et l'activité humaine. Avec le réchauffement accéléré des régions nordiques, la fonte est accrue dans la plateforme glacière du Groenland et les glaciers continentaux. Ce fort débit d'eau douce qui se jette dans les océans Arctique et Atlantique Nord risque de déséquilibrer la circulation thermohaline et de bouleverser la surface des écosystèmes marins, réservoirs de productivité primaire microbienne irremplaçables. Connaissant les effets de l'activité virale dans les écosystèmes aquatiques, il est urgent de décrire les communautés virales d'environnements changeants, comme les zones de transition saline, afin de décrire les fonctions uniques qu'elles pourraient détenir et mieux comprendre leurs effets à long terme sur ces écosystèmes en évolution. / Microbial communities dominate most aquatic ecosystems in terms of biomass and productivity, particularly in high latitude areas where conditions are hostile to macro fauna and flora. There, viruses have many roles in population control, for example, through their auxiliary metabolic genes that modify the metabolism of infected host cells. They also alter the transfer of nutrients and energy through trophic webs. The viral shunt, for example, traps energy inside the microbial loop, making it more accessible to microorganisms. These effects on aquatic trophic webs can have repercussions that affect the biogeochemical cycles of northern and arctic aquatic environments where metabolic activity from the abundant microbial biomass contributes to most processes. Just as salinity restrains the distribution of aquatic pluricellular organisms, it also directly affects the metabolism of microbes and their impact on ecosystem functioning. In viruses, these effects can translate into changes in infectivity and distribution but can also modify their interactions with their hosts. The main objective of this thesis was to characterize the ecology of aquatic viruses by examining the changes in their diversity through salinity gradients in northern aquatic habitats. We studied the composition of viral communities in three northern sites selected for their ecological relevance and the uniqueness of their saline transition zones. First, PCR amplification of conserved genetic markers of Phycodnaviridae and Picornavirales allowed us to describe the viruses that infect phytoplankton in the estuarine transition zone of the Saint Lawrence River, an important North American waterway. Detection of these viruses at six sites ranging from freshwater to marine habitats revealed few shared viral phylotypes between fresh and saline waters. This suggests that salinity might be the main factor influencing viral community composition. In addition, our analyses indicate that the virotypes found in the St. Lawrence estuary differ from published viruses and those found in comparable environments. These results suggest that DNA and RNA viruses infecting phytoplankton are active in the estuarine transition zone and that this zone harbours its own unique viral assemblages. Second, a viromic approach (that was developed during this research) allowed for the characterization of the viral communities in a highly stratified arctic lake. Lake A, with deeper waters that originate from the ancient Arctic Ocean revealed an abundance of novel viruses. This type of perennially stratified lake is dependant on ice cover which maintains the chemical structure of the water column and the distribution of the associated microbial communities. The viral communities in the three strata of the lake were remarkably distinct, suggesting that there is little exchange of virotypes. Viral abundance and virus/prokaryote ratios were highest in the deeper water and the clean separation between the viral communities matched that of potential hosts. The viral communities of Lake A also differed from those of the Arctic Ocean and the meromictic Ace Lake in Antarctica. Lastly, the same minimally invasive viromic approach allowed us to document the viral diversity in the last Arctic epishelf lake, the Milne Fiord epishelf lake. Contrary to what was observed in Lake A, the surface viral assemblages were more diverse, and no specific viral community was detected based on the chemocline. The clear division between the fresh and marine assemblages was mostly correlated with conductivity and dissolved oxygen concentration. Finally, the characterization of co-occurring virotypes allowed us to predict potential hosts. The transition zones examined in this research are maintained by a fragile balance of hydrological and glacial conditions which are already affected by climate change, but also by other human activities. Knowing how viruses affect aquatic ecosystems, a thorough description of the viral communities in changing environments is urgent and essential to gain a better understanding of their potential long-term effects within aquatic ecosystems. As the northern regions continue to warm at an accelerated rate, the melting increases in the Greenland platform and continental glaciers. The large amount of freshwater discharge into the Arctic Ocean and the North Atlantic may disturb thermohaline circulation and drastically change the surface of marine ecosystems, a crucial site for microbial primary production. Understanding how viruses and microbes thrive in the saline transition and their dependence on potentially unique functions and interactions may be key to anticipating the long-term effects they could have in these irreversibly and continuously changing ecosystems.

Les communautés microbiennes dominent la plupart des écosystèmes aquatiques en termes de biomasse et de productivité, particulièrement dans les environnements nordiques hostiles à la faune et la flore macroscopiques. Les virus y contrôlent l'abondance des populations microbiennes et peuvent modifier le métabolisme des cellules infectées par l'utilisation de gènes métaboliques auxiliaires. Le court-circuit viral affecte aussi le transfert des nutriments et de l'énergie dans les réseaux trophiques en emprisonnant l'énergie dans la boucle microbienne, ne la rendant accessible qu'aux micro-organismes. Ces manipulations de l'activité de la prépondérante biomasse microbienne peuvent se répercuter jusque dans les cycles biogéochimiques des environnements aquatiques nordiques. La salinité est une caractéristique importante de ces écosystèmes puisqu'elle influence directement le métabolisme des micro-organismes. Chez les virus, ces effets se traduisent dans leur distribution, leur infectivité et leurs interactions avec leurs hôtes. L'objectif de cette thèse est d'offrir une connaissance approfondie de l'écologie des virus aquatiques en examinant plus spécifiquement les changements de diversité selon les gradients de salinité dans les milieux nordiques. La composition des communautés virales a donc été étudiée dans trois sites nordiques sélectionnés pour leur importance écologique et la spécificité de leur zone de transition saline. D'abord, une approche par amplification PCR de marqueurs conservés pour les Phycodnaviridae et les Picornavirales a permis de dresser un portrait des virus infectant le phytoplancton dans la zone de turbidité maximale du fleuve Saint-Laurent, important cours d'eau d'Amérique du Nord. La détection de ces virus dans six sites allant de l'habitat dulcicole à l'habitat marin a révélé peu de phylotypes viraux communs entre les sites d'eau douce et d'eau salée. La salinité semble ainsi y être le premier déterminant de la composition de la communauté virale. De plus, nos analyses indiquent que les virus découverts dans l'estuaire du Saint-Laurent divergent de ceux qui ont déjà été classifiés et des virotypes d'environnements comparables publiés. Ces résultats suggèrent que des virus à ADN et à ARN infectant le phytoplancton seraient actifs dans la zone de turbidité maximale et que cette région possède des assemblages viraux uniques. Ensuite, une approche viromique a permis de caractériser les communautés virales d'un lac arctique hautement stratifié, le lac A, dont les eaux profondes issues de l'océan Arctique ancien se sont révélées riches en virus nouveaux. Ce type de lacs à stratification pérenne est dépendant de la couverture de glace qui maintient la structure chimique de sa colonne d'eau et la distribution des communautés microbiennes qui y sont associées. Les communautés virales des trois strates du lac étaient remarquablement distinctes, ce qui suggère qu'il y a peu d'échange de virotypes entre elles. L'abondance virale et les ratios virus/procaryotes étaient plus élevés en profondeur et la division nette des communautés virales correspondait avec celle d'hôtes potentiels. Les communautés virales du lac A se distinguaient aussi de données de l'océan Arctique et du lac méromictique Ace Lake en Antarctique. Enfin, la même approche viromique peu invasive développée pour les travaux de la présente thèse a permis de documenter la diversité virale du dernier lac épiplateforme de l'Arctique, le lac épiplateforme du fjord Milne. Contrairement aux résultats obtenus au lac A, les assemblages viraux de surface étaient les plus diversifiés et une communauté virale propre à la chémocline du lac n'a pas pu être détectée. La division nette entre les assemblages dulcicoles et marins s'expliquait principalement par la conductivité et la concentration en oxygène dissout. La caractérisation de certains groupes de virotypes cooccurents a aussi permis de prévoir leurs hôtes potentiels. Les zones de transition étudiées dans cette thèse sont maintenues par des équilibres hydriques et glaciaires fragiles, déjà perturbés par les changements climatiques et l'activité humaine. Avec le réchauffement accéléré des régions nordiques, la fonte est accrue dans la plateforme glacière du Groenland et les glaciers continentaux. Ce fort débit d'eau douce qui se jette dans les océans Arctique et Atlantique Nord risque de déséquilibrer la circulation thermohaline et de bouleverser la surface des écosystèmes marins, réservoirs de productivité primaire microbienne irremplaçables. Connaissant les effets de l'activité virale dans les écosystèmes aquatiques, il est urgent de décrire les communautés virales d'environnements changeants, comme les zones de transition saline, afin de décrire les fonctions uniques qu'elles pourraient détenir et mieux comprendre leurs effets à long terme sur ces écosystèmes en évolution. / Microbial communities dominate most aquatic ecosystems in terms of biomass and productivity, particularly in high latitude areas where conditions are hostile to macro fauna and flora. There, viruses have many roles in population control, for example, through their auxiliary metabolic genes that modify the metabolism of infected host cells. They also alter the transfer of nutrients and energy through trophic webs. The viral shunt, for example, traps energy inside the microbial loop, making it more accessible to microorganisms. These effects on aquatic trophic webs can have repercussions that affect the biogeochemical cycles of northern and arctic aquatic environments where metabolic activity from the abundant microbial biomass contributes to most processes. Just as salinity restrains the distribution of aquatic pluricellular organisms, it also directly affects the metabolism of microbes and their impact on ecosystem functioning. In viruses, these effects can translate into changes in infectivity and distribution but can also modify their interactions with their hosts. The main objective of this thesis was to characterize the ecology of aquatic viruses by examining the changes in their diversity through salinity gradients in northern aquatic habitats. We studied the composition of viral communities in three northern sites selected for their ecological relevance and the uniqueness of their saline transition zones. First, PCR amplification of conserved genetic markers of Phycodnaviridae and Picornavirales allowed us to describe the viruses that infect phytoplankton in the estuarine transition zone of the Saint Lawrence River, an important North American waterway. Detection of these viruses at six sites ranging from freshwater to marine habitats revealed few shared viral phylotypes between fresh and saline waters. This suggests that salinity might be the main factor influencing viral community composition. In addition, our analyses indicate that the virotypes found in the St. Lawrence estuary differ from published viruses and those found in comparable environments. These results suggest that DNA and RNA viruses infecting phytoplankton are active in the estuarine transition zone and that this zone harbours its own unique viral assemblages. Second, a viromic approach (that was developed during this research) allowed for the characterization of the viral communities in a highly stratified arctic lake. Lake A, with deeper waters that originate from the ancient Arctic Ocean revealed an abundance of novel viruses. This type of perennially stratified lake is dependant on ice cover which maintains the chemical structure of the water column and the distribution of the associated microbial communities. The viral communities in the three strata of the lake were remarkably distinct, suggesting that there is little exchange of virotypes. Viral abundance and virus/prokaryote ratios were highest in the deeper water and the clean separation between the viral communities matched that of potential hosts. The viral communities of Lake A also differed from those of the Arctic Ocean and the meromictic Ace Lake in Antarctica. Lastly, the same minimally invasive viromic approach allowed us to document the viral diversity in the last Arctic epishelf lake, the Milne Fiord epishelf lake. Contrary to what was observed in Lake A, the surface viral assemblages were more diverse, and no specific viral community was detected based on the chemocline. The clear division between the fresh and marine assemblages was mostly correlated with conductivity and dissolved oxygen concentration. Finally, the characterization of co-occurring virotypes allowed us to predict potential hosts. The transition zones examined in this research are maintained by a fragile balance of hydrological and glacial conditions which are already affected by climate change, but also by other human activities. Knowing how viruses affect aquatic ecosystems, a thorough description of the viral communities in changing environments is urgent and essential to gain a better understanding of their potential long-term effects within aquatic ecosystems. As the northern regions continue to warm at an accelerated rate, the melting increases in the Greenland platform and continental glaciers. The large amount of freshwater discharge into the Arctic Ocean and the North Atlantic may disturb thermohaline circulation and drastically change the surface of marine ecosystems, a crucial site for microbial primary production. Understanding how viruses and microbes thrive in the saline transition and their dependence on potentially unique functions and interactions may be key to anticipating the long-term effects they could have in these irreversibly and continuously changing ecosystems.

Au Canada, les abeilles sont un élément essentiel au secteur de l'agriculture en participant, en plus de leur production annuelle de miel à la pollinisation de nombreux fruits, noix et légumes. Malheureusement, le nombre des abeilles est dangereusement en baisse depuis la dernière décennie. L'intérêt du sujet et la multiplication d'initiatives de recherche dans le domaine ont fait de l'abeille un organisme modèle, notamment dans la recherche sur la dynamique hôte-microbiote. Apis mellifera possède un microbiote très spécialisé qui confère à l'abeille un large éventail de fonctions bénéfiques, allant de l'immunité à la transformation du pollen et la digestion des carbohydrates. Ce projet avait donc pour objectif de trouver des biomarqueurs prédictifs de différents traits de performance zootechniques (e.g. prévalence d'agents pathogènes et parasites, productivité) des colonies d'abeilles à partir de la composition taxonomique du microbiote intestinal. Une approche par apprentissage machine a été privilégiée afin de contourner les limitations des méthodes classiques de traiter un grand nombre de variables. Les modèles de prédiction obtenus ont permis de prédire la majorité des variables à l'étude avec succès, soulignant le potentiel de cette méthodologie dans le domaine du suivi et de la prédiction de l'état de santé des colonies d'abeilles au Canada. / The European honey bee, Apis mellifera, is an essential contributor to agriculture in Canada through the economic value of the production of honey to the extensive pollination services of numerous fruits, nuts and vegetables. Unfortunately, yearly colony losses of honey bees have seen a sharp increase during the last decade. The increasing interest and research initiatives in understanding the source of this problem have turned Apis mellifera into a model organism for research, notably in the field of host-microbiome dynamics. A. mellifera possesses a highly specialized microbiota that provides a wide array of beneficial functions to its host, from immunity to pollen processing and transformation to the metabolism of carbohydrates. This work's goal is to use the intestinal microbiome in honey bee colonies in order to discover relevant bio-markers with the capability to predict key host health and productivity metrics by using a machine learning approach in order to bypass the traditional bottleneck that is posed by classical analysis methods when dealing with high multi-dimensional problems. The models obtained in this study have successfully allowed the prediction of most variables studied (notably honey production, weight loss and gain, varroa loads, etc..), thus demonstrating the potential of this methodology as a tool to track and predict the health and performance of honey bee colonies in Canada.

Le système fluvial Saigon-Dong Nai (SG- DN) est la plus importante source d'eau pour les douze villes et provinces du sud du Vietnam. Il est aujourd'hui gravement pollué par les activités humaines, agricoles, industrielles et domestiques, constituant une menace pour la vie de millions de personnes. Le ministère vietnamien des Ressources naturelles et de l'environnement a rapporté que les rivières ont reçu environ 1,54 milliard de litres d'eaux usées provenant de 70 parcs industriels par jour, dont 35% de déchets médicaux non traités, et que des tests effectués depuis 2006 ont montré des niveaux élevés de pollution, en particulier de substances toxiques organiques. Jusqu'à présent, il n'y a pas de données sur la diversité microbienne dans le système fluvial SG-DN, en particulier dans les sédiments, où la plus grande partie de la biomasse microbienne est généralement localisée. Les échantillons de sédiments ont été recueillis, réseau hydrographique national SG-DN, à 13 endroits dans les rivières représentant des emplacements pollués. Afin de caractériser les populations microbiennes présentes sur nos sites choisis, l'ADN total des échantillons environnementaux a été extrait et amplifié dans les régions V3 à V1 de l'ADNr 16S. L'étude a révélé que la population microbienne changeait de l'amont vers l'aval au niveau du phylum, du genre et de l'OTU après avoir traversé la zone de population industrielle et dense. De plus, les canaux du bassin versant SG-DN sont fortement pollués par de fortes concentrations de composés organiques (PAH) et possèdent différentes communautés bactériennes par rapport aux échantillons des rivières. / The SaiGon-DongNai (SG-DN)river system is the most important major water source for all twelve Southern Vietnam cities and provinces and is now dramatically polluted by industrial and living activities, giving “a threat” to the lives of millions people sharing this water source. The Ministry of Natural Resources and Environment of Vietnam reported that the rivers received around 1.54 billion liters of waste water from 70 industrial parks per day, including 35 percent of untreated medical waste, and tests since 2006 have found pollution in this river has increased to “serious levels”, an especially high concentration of organic toxic substances. Until now, there is no data on the microbial diversity in SG-DN river system especially in the sediments, where most of the microbial biomass is generally located. The sediment samples were collected in 13 locations across the rivers representing warning polluted locations done by Mr. Nguyen Thanh Hung of the National Water Qualifying in SG-DN river system. In order to characterize the microbial populations present at our chosen sites, the total DNA from the environmental samples were extracted and amplified at the V3 to V1 regions of the 16S rDNA. The study revealed that microbial population changed from upstream to downstream at the phylum, genus and OTUs levels after running through the industrial and dense population zone. Moreover, the canals of the SG-DN river catchment are heavily polluted with high concentrations of organic compounds (PAHs) and possessed different bacterial communities compared to the samples from the rivers.

L'objectif était de déterminer si la diversité des espèces microbiennes peut contribuer à la maîtrise de Listeria monocytogenes à la surface de fromage au lait cru. La stratégie reposait sur le criblage de communautés microbiennes de croûtes de fromage St Nectaire fermiers puis la reconstitution de communautés de composition plus simplifiée. Dix consortiums microbiens naturellement présents à la surface de ces fromages au lait cru sur trente quatre testés protégeaient contre L. monocytogenes. Le consortium de croûte le plus inhibiteur, composé de 8 espèces de bactéries lactiques dont Brochothrix thermosphacta, Marinilactobacillus psychrotolerans et Carnobacterium mobile peu fréquentes dans les produits laitiers, 12 espèces de bactéries à Gram positif et catalase positive, 10 espèces de bactéries à Gram négatif, 4 espèces de levures et 3 moisissures, était difficile à reconstituer. Par méthodes cultures dépendantes et indépendantes (Single Strand Conformation Polymorphism) il a été montré qu'au cours d'affinage les profils bactériens du consortium naturel était plus divers que ceux des consortiums reconstitués. Néanmoins, un consortium simplifié composés de flores cultivables sur un milieu "Brain Heart Infusion" et caractérisé par la présence de bactéries à Gram négatif et la dominance, notamment en fin d'affinage, d'espèces halophiles Brochotrix, Carnobacterium et Marinilactibacillus, était presque aussi inhibiteur que le consortium complexe. L'inhibition par ce consortium serait essentiellement associée à la production d'acide lactique en début d'affinage et d'acide acétique en fin d'affinage. Elle pourrait être contrecarrée par une consommation de lastate par les levures

Les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques, où ils sont à la base de la minéralisation et du recyclage de la matière organique. Les" vrais " champignons, ou Eumycètes, font partie de ces microorganismes hétérotrophes qui permettent le renouvellement de la matière organique dans les écosystèmes. Pourtant, la diversité et l'importance quantitative et fonctionnelle des champignons restent très largement méconnues dans les milieux pélagiques. Récemment, l'utilisation de méthodes moléculaires pour étudier la diversité des picoeucaryotes (de taille < 5 μm) lacustres a mis en évidence l'importance des champignons microscopiques avec, notamment, la présence de chytridiomycètes (chytrides). Cette découverte, en conjonction avec le rôle important connu des Eumycètes dans d'autres écosystèmes naturels, nous a amené à poser l'hypothèse d'une diversité et d'un rôle fonctionnel importants des champignons dans les écosystèmes pélagiques. Ce travail vise à préciser la diversité globale, la structure génétique et l'importance quantitative des différentes divisions du règne des Eumycota dans les écosystèmes pélagiques lacustres, et à proposer des outils méthodologiques pour l'étude écologique de ces peuplements. La diversité phylogénétique et l'importance des champignons de taille comprise entre 0,6 et 150 μm ont été analysées dans trois milieux pélagiques différents. Une étude de clonage-séquençage de l'ADNr 18S et de l'ITS a été réalisée au printemps 2007 dans les lacs Pavin (oligomésotrophe), Aydat (eutrophe) et Vassivière (mésotrophe, humique). L'affiliation phylogénétique des séquences a permis, non seulement de confirmer la présence d'une importante diversité de chytridiomycètes parasites du phytoplancton, mais aussi de mettre en évidence la présence non négligeable d'ascomycètes et de basidiomycètes, potentiellement saprophytes. L'étude de la dynamique saisonnière de la structure des peuplements (par TRFLP) et de l'importance quantitative de différentes divisions (par PCR quantitative) de la communauté fongique ont permis de déceler des différences en fonction des saisons et de l'écosystème. Ces différences ont été reliées à la dynamique des peuplements phytoplanctoniques, avec une influence des apports allochtones, principalement dans le lac eutrophe d'Aydat. De plus, les séquences moléculaires générées au cours de ces dernières années ont permis l'élaboration d'amorces ciblant des clades de champignons microscopiques d'intérêt, pour une étude écologique de la dynamique des peuplements, par des approches PCR à temps réel et FISH (fluorescent in situ hybridization). Enfin, nous considérons que l'acquisition de données complémentaires permettra d'intégrer les champignons saprophytes et parasites dans les flux de matière et d'énergie qui transitent par les écosystèmes pélagiques et les cycles biogéochimiques associés.

Les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques, où ils sont à la base de la minéralisation et du recyclage de la matière organique. Les« vrais » champignons, ou Eumycètes, font partie de ces microorganismes hétérotrophes qui permettent le renouvellement de la matière organique dans les écosystèmes. Pourtant, la diversité et l’importance quantitative et fonctionnelle des champignons restent très largement méconnues dans les milieux pélagiques. Récemment, l’utilisation de méthodes moléculaires pour étudier la diversité des picoeucaryotes (de taille < 5 μm) lacustres a mis en évidence l’importance des champignons microscopiques avec, notamment, la présence de chytridiomycètes (chytrides). Cette découverte, en conjonction avec le rôle important connu des Eumycètes dans d’autres écosystèmes naturels, nous a amené à poser l’hypothèse d’une diversité et d’un rôle fonctionnel importants des champignons dans les écosystèmes pélagiques. Ce travail vise à préciser la diversité globale, la structure génétique et l’importance quantitative des différentes divisions du règne des Eumycota dans les écosystèmes pélagiques lacustres, et à proposer des outils méthodologiques pour l’étude écologique de ces peuplements. La diversité phylogénétique et l’importance des champignons de taille comprise entre 0,6 et 150 μm ont été analysées dans trois milieux pélagiques différents. Une étude de clonage-séquençage de l’ADNr 18S et de l’ITS a été réalisée au printemps 2007 dans les lacs Pavin (oligomésotrophe), Aydat (eutrophe) et Vassivière (mésotrophe, humique). L’affiliation phylogénétique des séquences a permis, non seulement de confirmer la présence d’une importante diversité de chytridiomycètes parasites du phytoplancton, mais aussi de mettre en évidence la présence non négligeable d’ascomycètes et de basidiomycètes, potentiellement saprophytes. L’étude de la dynamique saisonnière de la structure des peuplements (par TRFLP) et de l’importance quantitative de différentes divisions (par PCR quantitative) de la communauté fongique ont permis de déceler des différences en fonction des saisons et de l’écosystème. Ces différences ont été reliées à la dynamique des peuplements phytoplanctoniques, avec une influence des apports allochtones, principalement dans le lac eutrophe d’Aydat. De plus, les séquences moléculaires générées au cours de ces dernières années ont permis l’élaboration d’amorces ciblant des clades de champignons microscopiques d’intérêt, pour une étude écologique de la dynamique des peuplements, par des approches PCR à temps réel et FISH (fluorescent in situ hybridization). Enfin, nous considérons que l’acquisition de données complémentaires permettra d’intégrer les champignons saprophytes et parasites dans les flux de matière et d’énergie qui transitent par les écosystèmes pélagiques et les cycles biogéochimiques associés. / Microorganisms play major roles in aquatic ecosystems, primarily as the main actors for organic matter mineralization and recycling. “True” fungi (i.e. Eumycota) are among heterotrophic microorganisms that are highly efficient in recycling organic materials in natural ecosystems. However, the overall diversity of fungi and their quantitative and functional importance remain largely unknown in typical pelagic ecosystems. Environmental 18S rDNA surveys have recently highlighted the importance of microscopic fungi in the diversity of picoeukaryotes (size < 5 μm) in lake ecosystems, including particularly the members of chytridiomycetes (i.e. chytrids) as the dominant phyla. These studies and the known major roles of fungi in natural ecosystems such as soils have leaded us to venture the hypothesis that fungal diversity and functional roles are important structuring factors in pelagic ecosystems. The main aims of the thesis were to examine the overall diversity, genetic structure and quantitative importance of various phyla belonging to the Kingdom Fungi in freshwater pelagic ecosystems. Methodological tools were also developed for ecological investigations of fungal populations of interest. Phylogenetic diversity and quantitative importance of fungi (size classe: 0.6 and 150 μm) were analysed in three contrasting pelagic lakes. Environmental 18S and ITS rDNA surveys were performed during spring 2007 in the oligomesotrophic Lake Pavin, the eutrophic Lake Aydat, and the mesotrophic and humic Lake Vassivière, all located in the French Massif Central. Phylogenetic affiliation of sequences confirmed the presence and the substantial diversity of chytridiomycetes, known as parasites of primarily phytoplankton. We also have unveiled a sizeable number of sequences belonging to the fungal lineages of ascomycetes and basidiomycetes, mainly known as saprophytes. The seasonal dynamics of fungal community structure (essayed by TRFLP),and the quantitative importance of various taxonomic divisions (estimates by real time quantitative PCR or qPCR), revealed significant differences with seasons and with ecosystems. These differences were linked to phytoplankton composition and population successions, with at times the influence of allochthonous inputs, primarily for the eutrophic Lake Aydat. Finally, molecular sequences obtained during the few past years allowed the development of primers for targeting microscopic fungal lineages of interest, and the ecological study of their in situ dynamics using qPCR and FISH (fluorescent in situ hybridization) approaches. Overall, we consider that the acquisition of complementary data is necessary to allow the inclusion of fungi and their main functions (i.e. saprophytisms and parasitism) in the energy and matter fluxes in pelagics ecosystems, and the related biogeochemical cycling.

Le priming effect (PE) est la sur-minéralisation de la matière organique du sol (MOS) après un apport de matière organique fraiche. Ce phénomène serait généré par deux mécanismes distincts, la décomposition stœchiométrique et le « nutrient mining », ayant leur propre dynamique, leurs propres acteurs, leurs propres déterminants et leur propre stock de MO ciblés. Le premier serait plutôt lié à la séquestration de MO dans les sols et l’autre à sa déstabilisation. Comprendre comment piloter l’équilibre entre ces processus à travers les pratiques agricoles, permettrait d’améliorer durablement la fertilité des sols cultivés en milieu tropical dans un contexte de changement climatique. Pour identifier les déterminants, les acteurs et les effets du climat et des pratiques agricoles sur les différents processus générateurs de PE, nous avons combiné la caractérisation physicochimique des sols, la caractérisation des communautés microbiennes et le suivi de la minéralisation des MO par les techniques isotopiques. Ainsi, nous avons pu identifier différentes populations bactériennes et fongiques, associées à chacun des processus, que nous avons classées dans des guildes fonctionnelles. La taille de ces guildes déterminait l’équilibre entre les processus, et était corrélée à la qualité de la MO présente dans le sol. Plus précisément, nous avons montré que le PE stœchiométrique était favorisé dans les sols enrichis en matière organique peu évoluée et en nutriments N et P, entretenant donc une forte communauté de décomposeurs. Ces décomposeurs devaient ainsi limiter l’accès des mineurs à la nouvelle matière organique fraichement apportée et limiter le PE par « nutrient mining ». Sur parcelles agricoles, nos résultats suggéraient que le non labour, l’association légumineuses-céréales, et l’apport de compost favorisaient ces décomposeurs responsables du priming effect stœchiométrique et donc potentiellement la stabilisation durable de la matière organique dans les sols. / The priming effect (PE) is the supplementary mineralization of soil organic matter (MOS) after the addition of fresh organic matter. This phenomenon would be generated by two distinct mechanisms, stoichiometric decomposition and "nutrient mining", having their own dynamics, their own actors, their own determinants and their own MO stock targeted. The first would be related to the sequestration of MO in the soil and the other to its destabilization. Understanding how to manage the balance between these processes through agricultural practices, would allow to improve the fertility of soil cultivated in a tropical environment in a context of climate change.To identify the determinants, actors and effects of climate and agricultural practices on the various processes generating PE, we have combined soil physicochemical characterization, characterization of microbial communities and monitoring of mineralization of MO by isotopic techniques. Thus, we were able to identify different bacterial and fungal populations, associated with processes, which we classified in the functional guilds. The size of these guilds determined the balance between the processes, and was correlated with the quality of the MO present in the soil. Specifically, we showed that stoichiometric PE was favored in soils enriched with high quality organic matter and nutrients, N and P, thus maintaining a strong community of decomposers. These decomposers also limit the access of miners to the provided new organic matter hence limiting PE by "nutrient extraction". On agricultural plots, our results suggest that non-tillage, legume-cereal rotations and compost amendments favor these decomposers responsible for the stoichiometric priming effect and thus potentially the long-term stabilization of organic matter in soils.

Les tapis microbiens sont des communautés benthiques, calcifiées (i.e. microbialites) ou non, diverses à la fois phylogénétiquement et métaboliquement. Les tapis microbiens fossiles constituent les plus anciennes traces de vie sur Terre et leurs représentants modernes peuvent donc être utilisés pour comprendre le fonctionnement de ces écosystèmes anciens. J'ai étudié les communautés microbiennes (archées, bactéries et eucaryotes) de plusieurs microbialites (lac Alchichica, Mexique) et tapis microbiens (dans une mare du salar de Llamara, Chili) afin de caractériser finement leur structure phylogénétique et d'améliorer notre compréhension de leur fonctionnement. J'ai pour cela utilisé une approche combinant des outils moléculaires (métabarcoding, métagénomique) à des données environnementales (paramètres physico-chimiques de la colonne d'eau ou composition minérale des microbialites). Mon travail de thèse a permis d'affiner le modèle de formation des microbialites d'Alchichica, en montrant notamment que, en plus de la photosynthèse oxygénique cyanobactérienne, le potentiel à précipiter des carbonates de la photosynthèse eucaryote et, surtout, de la photosynthèse anoxygénique est important. Les communautés des tapis de Llamara étaient quant à elles caractérisées par la présence de nombreuses lignées d'archées et de bactéries très divergentes, dont certaines ont été identifiées pour la première fois dans ce travail. Nos analyses ont aussi souligné la diversité des organismes impliqués dans les cycles du soufre et de l'azote au sein de ces systèmes et permis d'identifier de potentielles interactions biotiques entre des lignées procaryotes dont l'écologie est peu connue. Enfin, nous avons mis en évidence que les paramètres environnementaux influencent fortement la composition des communautés associées à ces microbialites et à ces tapis microbiens. L'ensemble de ces résultats permet de mieux comprendre le fonctionnement de ces systèmes ainsi que les facteurs qui influencent leur structure phylogénétique et fonctionnelle. / Microbial mats are phylogenetically and functionally diverse benthic microbial communities, which can be sometimes calcified (i.e. microbialites). Fossil microbial mats constitute the oldest traces of life on Earth and their modern representatives are thus used as analogues of those primordial ecosystems to gain insights into their functioning. I have studied the microbial communities (archaea, bacteria and eukaryotes) of several microbialites (lake Alchichica, Mexico) and microbial mats (in a small pond in the salar de Llamara, Chile). The main objectives of my PhD were to finely characterize their phylogenetic structure and to improve our understanding of the functioning of these complex ecosystems. To do so, I have applied a multi-disciplinary approach combining molecular approaches (metabarcoding, metagenomics) to environmental data (physico-chemical parameters of the water column or mineral composition of the microbialites).The results presented in this thesis allowed refining our model of microbialite formation in Lake Alchichica. We showed that, in addition to cyanobacterial photosynthesis, both eukaryotic and, particularly, anoxygenic photosyntheses were potentially important to promote carbonate precipitation. Llamara mat communities were characterised by the presence of numerous novel archaeal and bacterial lineages, some of which were identified for the first time in this work. Our analyses have also highlighted the diversity of organisms involved in both sulphur and nitrogen cycles in these mats and identified potential biotic interactions between poorly known prokaryotic lineages. Finally, we showed that the composition of the microbial communities associated to these microbialites and microbial mats was strongly influenced by environmental parameters. Overall, these results represent a substantial contribution to our understanding of the ecology of these systems as well as of the factors that influence their phylogenetic and functional structures.

L'Arctique est confronté à une importante période de transition en raison du réchauffement atmosphérique accéléré. Pour les lacs qui dominent ces régions, il en découle une prolongation de la durée sans couvert de glace. Cette couche de glace est déterminante pour les écosystèmes aquatiques arctiques. Son absence augmente la fréquence des brassages de la colonne d'eau, l'exposition à la lumière, en plus d'altérer la stratification thermale. Les microorganismes, les acteurs principaux du réseau trophique et des cycles biogéochimiques des lacs arctiques, doivent donc s'adapter aux déséquilibres de leur environnement. Il s'avère crucial de mieux comprendre les impacts des changements climatiques sur les communautés microbiennes des lacs polaires afin d'anticiper leur portée à l'échelle mondiale. Aux premières loges des changements climatiques, les quatre lacs de la vallée de Stuckberry (île d'Ellesmere) représentent des laboratoires naturels pour l'étude de ces perturbations. Bien que proches en distance, ils diffèrent par leurs caractéristiques physicochimiques, morphologie et apports en eau et nutriments. Le séquençage par amplicon du gène codant pour l'ARNr 16S a été réalisé afin de comparer les communautés microbiennes intra et interlacs. Deux lacs profonds (>25 m) et majoritairement oxygénés ont montré des assemblages de communautés similaires, possiblement expliqué par la présence d'un ruisseau les reliant. Ces communautés étaient également très distinctes de celles des lacs peu profonds (<10 m) et anoxiques en profondeur. Néanmoins, chaque lac était composé de sa propre distribution verticale microbienne définie par les propriétés limnologiques de sa colonne d'eau. Un des lacs profonds avait des proportions de Cyanobacteria et de Thaumarchaeota qui le distinguaient des autres. Des bactéries prédatrices ont été abondamment identifiées dans les deux lacs peu profonds, ainsi que des microbes contribuant aux cycles du soufre et du méthane. Ces travaux établissent un point de départ pour la caractérisation de cette région éloignée, extrême et vulnérable. / The Arctic is undergoing a dramatic transition due to accelerated atmospheric warming. For the lakes that dominate this environment, it has resulted in an extension of the ice-free period. Ice cover is crucial for Arctic aquatic ecosystems. Its absence alters thermal stratification, increases the frequency of the upward mixing of nutrients, and results in a greater exposure to light. Microorganisms, the principal actors in the food webs and biogeochemical cycles of Arctic lakes, must therefore adapt to these changing conditions. It is crucial to better understand the impacts of climate change on the microbial communities of polar lakes to better prepare for the global impact of this massive perturbation. The Stuckberry Valley lakes, located on the northern coast of Ellesmere Island, are a natural laboratory to study the effects of climate change on freshwater microbial communities. Although they are close in distance, the lakes have distinct catchments, morphologies, and physicochemical characteristics. Amplicon sequencing of the 16S rRNA gene was performed to compare intraand inter-lake microbial community diversity. Two deep (>25 m) and mostly oxygenated lakes showed highly similar community assemblages that were distinct from the two shallow lakes (<10 m) with anoxic bottom waters. Water exchange via a stream connecting these lakes most likely explains these similarities. Each lake, however, had its own unique vertically distributed assortment of microbes that was shaped by the limnological properties of its water column. One deep lake contained proportions of Cyanobacteria and Thaumarchaeota that distinguished it from the others. The shallow lakes had abundant communities of predatory bacteria, as well as microbes in their bottom waters contributing to the sulfur and methane cycles. This study establishes an important baseline characterization of microbial communities in lakes in a remote, extreme, and vulnerable region.