La pollution par les métaux lourds entraine des conséquences néfastes pour les sols et pour les communautés qui les colonisent. Afin d'étudier la diversité des mécanismes moléculaires mis en jeu par ces organismes en réponse au stress métallique, deux approches différentes ont été menées.Premièrement, une approche ciblée de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie et la tolérance au zinc a été menée chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle à forte valeur économique ajoutée. L'homéostasie et la tolérance au zinc sont essentiellement liées à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). Une étude phylogénétique a permis de mettre en évidence une expansion du nombre de gènes appartenant à ces deux familles dans le génome de L. bicolor, comparé à celui de S. cerevisiae. Le niveau d'expression de ces différents gènes a ensuite été étudié dans différents tissus fongiques ou en présence de différentes concentrations en zinc. L'étude s'est poursuivie par la caractérisation fonctionnelle et la localisation subcellulaire de plusieurs membres CDF et ZIP. L'ensemble de ces analyses ont permis d'affiner fortement les connaissances dans le domaine de l'homéostasie et de la tolérance au zinc chez les champignons ectomycorhiziens. Enfin, une approche expérimentale innovante de métatranscriptomique a également été utilisée. Cette étude du métatranscriptome a permis la comparaison de fonctions exprimées au sein de communautés de microorganismes eucaryotes colonisant des sols d'intérêt (contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds). Des banques environnementales d'ADNc construites à partir des ARN messagers extraits directement de ces sols ont été criblées par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au zinc. Cette étude a permis l'identification de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au zinc. La mise au point de cette approche ouvre de nouvelles perspectives intéressantes au niveau de la recherche fondamentale mais aussi de la recherche appliquée en permettant la détection de gènes d'intérêt, que l'organisme soit cultivable ou non / Heavy metal pollution leads to harmful impacts on lands and their associated communities. In order to study the diversity of the molecular determinants involved in metal tolerance by these organisms, two different strategies were employed. First, the mechanisms involved in zinc homeostasis and tolerance were studied by functional characterization of selected genes in Laccaria bicolor, an ectomycorrhizal model fungus with high economic value. Zinc homeostasis and tolerance mechanisms are mainly achieve d through the intracellular traffic of zinc mediated by transporters belonging to the ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) families. Phylogenetic analyses revealed an expansion of both CDF and ZIP gene numbers in the genome of L. bicolor, when compared to that of S. cerevisiae. Gene expression was also studied in different fungal tissues or under different zinc concentrations in the culture medium. Moreover, the functional characterization of several CDF and ZIP members was performed, as well as their subcellular localization. These data allowed us to refine the knowledge on the molecular mechanisms involved in both zinc homeostasis and tolerance in ectomycorrhizal fungi. Finally, an innovative experimental approach of metatranscriptomics was used. The study of the soil metatranscriptome from eukaryotes allows the comparison of functions expressed in eukaryotic communities colonizing different types of soil (contaminated, formerly contaminated, or non-contaminated by heavy metals). Environmental cDNA libraries constructed from mRNA extracted directly from these soils were screened by functional complementation of yeast mutants sensitive to zinc. This study allowed the identification of new genes and new mechanisms involved in zinc resistance. The development of this approach opens new insights into both fundamental and applied research for the detection of genes of interest, whatever the organism is cultivable or not

Les sols pollués par des métaux lourds sont colonisés par des communautés de microorganismes qui ont développé différentes adaptations leur permettant de résister à ces contaminants. Afin d'analyser au niveau moléculaire la diversité de ces adaptations, une approche expérimentale innovante basée sur l'étude du méta transcriptome eucaryote des sols a été utilisée pour comparer les fonctions exprimées au sein d'une communauté de microorganismes eucaryotes colonisant un sol contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds. Les banques d'ADNc eucaryotes construites à partir des ARNm extraits directement de ces sols ont été criblées par séquençage aléatoire de leurs inserts et par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au cadmium.Cette étude a permis d'identifier de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au cadmium ainsi qu'un nombre important de nouvelles protéines hypothétiques. Ceci démontre l'intérêt appliqué de cette approche pour la recherche de nouveaux bio catalyseurs et molécules bio actives.En parallèle, la diversité microbienne eucaryote a été révélée et comparée entre les sols par le clonage-séquençage du gène codant la petite sous-unité ribosomique 18S. Cette étude a mis en évidence une diversité inattendue de microorganismes eucaryotes dans ces sols et une analyse phylogénétique a permis de découvrir un nouveau clade de protistes (Rhizaria,Cercozoa).

Les sols pollués par des métaux lourds sont colonisés par des communautés de microorganismes qui ont développé différentes adaptations leur permettant de résister à ces contaminants. Afin d'analyser au niveau moléculaire la diversité de ces adaptations, une approche expérimentale innovante basée sur l'étude du méta transcriptome eucaryote des sols a été utilisée pour comparer les fonctions exprimées au sein d'une communauté de microorganismes eucaryotes colonisant un sol contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds. Les banques d’ADNc eucaryotes construites à partir des ARNm extraits directement de ces sols ont été criblées par séquençage aléatoire de leurs inserts et par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au cadmium.Cette étude a permis d’identifier de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au cadmium ainsi qu’un nombre important de nouvelles protéines hypothétiques. Ceci démontre l’intérêt appliqué de cette approche pour la recherche de nouveaux bio catalyseurs et molécules bio actives.En parallèle, la diversité microbienne eucaryote a été révélée et comparée entre les sols par le clonage-séquençage du gène codant la petite sous-unité ribosomique 18S. Cette étude a mis en évidence une diversité inattendue de microorganismes eucaryotes dans ces sols et une analyse phylogénétique a permis de découvrir un nouveau clade de protistes (Rhizaria,Cercozoa). / Heavy metal-polluted soils are colonised by microbial communities which have developed different adaptations that allow them to resist to these pollutants. The objectives of this study were to reveal at the molecular level the diversity of these adaptations. To this aim,we implemented an innovative approach based upon the analysis of soil eukaryotic metatranscriptome to compare resistance mechanisms expressed by eukaryotic microorganisms living in heavy metal contaminated and control non contaminated or formerly-contaminated soils. Eukaryotic cDNA libraries were prepared using mRNA directly extracted from these soils and screened by either systematic sequencing of their inserts or functional complementation of yeast mutants sensitive to cadmium. This study allowed us to characterise novel genes and mechanisms implicated in Cd resistance as well as numerousnovel hypothetical proteins. This study also demonstrates the potential of this experimental approach to look for novel biocatalysts as well as novel bio-active molecules.In addition, eukaryotic molecular diversity was studied by the cloning-sequencing of the gene encoding the 18S ribosomal RNA. This study revealed an unexpected diversity of eukaryotic diversity in the studied soils and allowed us to discover a novel clade of protists(Rhizaria, Cercozoa).

Les microorganismes occupent une place centrale dans la diversité du vivant et les processus écosystémiques, notamment dans le sol où ils sont en interaction avec les plantes. Cette thèse vise à caractériser l'influence respective des plantes et du contexte abiotique dans la distribution spatiale des microorganismes. Le travail s'appuie sur un modèle simplifié de la biologie des sols, les plantes en coussins des falaises de haute montagne. Nous avons suivi une seule espèce aux morphotypes variés, Silene acaulis, une espèce ingénieure de l'écosystème dont la croissance mène à la création d'un sol de novo. L'échantillonnage comprend le prélèvement de sol de plante et de sol extérieur comme témoin, pour des coussins distribués le long de gradients altitudinaux et géologiques. Des méthodes moléculaires ont été utilisées pour décrire la diversité microbienne et le génotypage des coussins.Les coussins structurent la beta diversité bactérienne et fongique à l'échelle régionale en agissant comme un tampon à échelle locale sur les effets de la roche mère et de l'altitude en homogénéisant le pH et par un apport de nutriments. Cet effet ingénieur est d'autant plus fort que la contrainte abiotique augmente et varie selon le génotype des coussins. La beta diversité bactérienne diffère de la beta diversité fongique. Alors que les communautés bactériennes sont sensibles au pH du sol et convergent sous les coussins, les communautés fongiques sont corrélées à la génétique des coussins, particulièrement les clades aux modes de vie biotrophes/pathogènes. Ce travail montre que les plantes sont un filtre biotique majeur de la biogéographie microbienne. / Microorganisms are key component of Hearth biodiversity and ecosystem processes, especially in soils where they interact with plants. The objectives of the PhD was to caracterize the plant and abiotic respective influence on microbial spatial distribution. The work was based on a simplified soil biology model, the alpine cushion plants. We choose one species composed of variable morphotype, Silene acaulis,can ecosystem engineer species that creates de novo soil through growth. Sampling design includes soil within cushions and outside, spanning altitudinal and geological gradients. Molecular approachs were used to describe diversity and to genotype cushions.Cushions structures bacterial and fungal regional beta diversity through a local buffering of the influence of abiotic context, homogeneizing soil pH and by nutrient supply. This engineering effect increased in stressful conditions and varied according to plant genotype. Betadiversity differed between bacteria and fungi. Bacterial communities are mainly influenced by pH and converge within cushions while fungal communities correlate to cushion genetic, especially plant-associated biotrophs fungal clades. This work shows that plants act as a major biotic filter on microbial biogeography.

Chez la tomate, l'amélioration pour la qualité du fruit est rendue difficile par la multiplicité et la complexité des caractères. La cartographie de QTL a permis la caractérisation génétique de ces caractères. L'objectif est maintenant d'identifier les gènes sous-jacents aux QTL. Nous avons utilisé la cartographie par déséquilibre de liaison (DL) dans ce but. Pour éviter les fausses associations entre caractères et polymorphismes moléculaires, la structure génétique a été prise en compte dans l'analyse. La tomate cultivée montre un faible niveau de diversité génétique, ce qui réduit la résolution de cartographie. Le génome de la tomate de type cerise est décrit comme une mosaïque entre celui de la tomate cultivée et de l'ancêtre sauvage. Ce mélange devrait augmenter la résolution des études d'association. Nous avons utilisé une « core collection » focalisée sur des accessions de type cerise pour valider la région génomique contenant un QTL pour le nombre de loges. Deux mutations sont associées avec le caractère. Ces deux SNP ont évolué différemment du reste du chromosome 2, en subissant une sélection balancée qui témoigne de l'augmentation de la diversité morphologique lors de la domestication. L'étude, focalisée sur le chromosome 2, a permis d'analyser l'étendue du DL en fonction de la distance génétique et physique. Des associations, entre polymorphismes et phénotypes étudiés, ont été détectés avec des méthodes prenant en compte la structure génétique. Nous avons montré l'intérêt d'utiliser la structure en mosaïque du génome des accessions de type cerise pour surmonter les limitations de résolution dans les analyses d'associations chez une espèce cultivée autogame. / In Tomato (Solanum lycopersicum), breeding for fruit quality is difficult due to the multiplicity and complexity of the traits. QTL mapping has allowed the genetic characterization of these traits. One of the challenges is now to identify the genes underlying these QTLs. Following this aim, we used linkage-disequilibrium (LD) mapping. To avoid hazardous associations between traits and polymorphisms, the genetic structure has to be taken into account for LD mapping. Cultivated tomato showed low genetic diversity reducing mapping resolution. Cherry type tomato genome is described to be admixture between cultivated tomato and its wild ancestor. Such admixture may increase resolution of association mapping. We used a core collection focused on cherry type accessions to validate a candidate gene for a fruit locule-number QTL. We found that two single nucleotide polymorphisms (SNP) were highly associated with the trait. These two SNP evolved differently from the rest of the chromosome 2. They underwent a balanced selection which testifies a selection for fruit morphology diversity by human. Association mapping, focused on whole chromosome 2, allowed us to assess the extent of linkage disequilibrium over genetic and physical distances. Associations of polymorphisms with phenotypes were detected with structured association methods. We thus showed efficiency of genome admixture to overcome the low-resolution limitation of association mapping for an inbred crop. We validated previously identified QTLs and found associations with new QTLs and new candidate genes. An evolutionary model including bottleneck and gene flow between wild and domesticated forms is also presented.

Les anticorps catalytiques (ou abzyme) ont fait l’objet de nombreuses recherches et ont été produits pour réaliser de nombreuses réactions. Ces protéines ont été ensuite découvertes dans le sérum d’individus sains ou atteints de pathologies, dont les pathologies autoimmunes. Les études suggèrent que ces abzymes peuvent avoir des effets bénéfiques ou délétères sur la santé des individus. L’origine des anticorps catalytiques et leur rôle restent ambigus et doivent être approfondis. Nous avons développé une nouvelle stratégie visant à étudier les abzymes, basée sur la technologie du phage display. Nous avons construit 4 banques de fragments d’anticorps, chacune présentant un répertoire immun différent (fond génétique et état d’immunitaire) : saine et naïve, saine et immunisée, autoimmune et naïve, et autoimmune et immunisée. Les stratégies d’amplification et de clonage des régions variables des immunoglobulines ont été conçues afin d’optimiser la taille et la diversité des banques. Nous avons rassemblé les 4 banques en une banque unique élargie contenant 2.7×109 séquences. L’analyse des séquences a mis en évidence des différences dans les profils d’expression des sous-groupes de gènes selon la banque. Nous avons ensuite procédé à la sélection d’abzymes à activité β-lactamase en utilisant deux cibles : un peptide cyclique, et un dérivé de sulfone pénam, inhibiteurs de l’enzyme. Nous avons sélectionné 5 abzymes. Chacun de ces immunoglobulines ont des séquences protéiques propres, incluant un potentiel site actif. Ces résultats montrent que différents motifs peuvent assurer la fonction catalytique de la β-lactamase, confirmant la flexibilité moléculaire de cette enzyme. / Catalytic antibodies (or abzymes) have been the focus numerous studies for some decades and have been produced with the ability to catalyze a wide range of reactions. They have also been discovered naturally in normal physiological and pathological conditions, notably on the background of autoimmune disease. Some have beneficial effects and others are detrimental to individual’s health. Hence, the origin of abzymes and their role in the immune response are ambiguous and must be enhanced. We have developed a novel strategy for the study of abzymes based on the phage display technology. We have constructed 4 libraries representing 4 murine immune repertoires with different genetic backgrounds and immunological states : healthy and naïve, healthy and immunized, autoimmune and naïve , and autoimmune and immunized. The strategies for the amplification and cloning of the immunoglobulin (lg) variable regions have been designed to optimize the size and diversity of the libraries. We have been able to pool the four libraries to create a large repertoire of size 2.7x109. After sequence analysis, we have found a number of statistically significant differences between the libraries. We have then used two strategically chosen targets to select for antibodies endowed with β lactamase activity : a cycle peptide and a penam sulfone, both inhibitors of the enzyme. We have selected for a total of 5 lgs endowed with β lactamase activity. The selected abzymes have different amino acid sequences. 3D modeling has provides insights on potential active sites demonstrating the ability of different structures to maintain the β lactamase activity and confirming the flexibility of the active site.

La nécessité grandissante de disposer d’une large librairie de diverses petites molécules pour le screening biologique constitue une puissante force motrice pour les chimistes organiciens et requiert en amont le développement de méthodologies rapides et efficaces. Dans ce cadre, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la fonctionnalisation d’énamides qui représentent des blocs moléculaires intéressants permettant d’introduire des fonctionnalités aminées dans des systèmes variés. Notre objectif a été de synthétiser des petites bibliothèques de molécules azotées à partir de substrats communs tout en mettant en oeuvre les différentes stratégies de la synthèse orientée vers la diversité et en s’attachant à respecter les règles suivantes : économie d’atomes, processus catalysés, synthèses rapides en peu d’étapes et contrôle de la stéréoselectivité. Dans un premier temps, nous avons principalement synthétisé divers énamides, nous permettant par la suite de développer des méthodologies innovantes et d’accéder à des « structures privilégiées » ou des fragments clés présents dans des produits naturels ou dans des substances potentiellement biologiquement actives en mettant en jeu des processus variés telles que des réactions d’aza-Michael, d’oxyamidation ou en cascade et la chimie du palladium avec de la CH insertion, des dioxoazoborocanes ou encore l’utilisation de l’auxiliaire chiral SAMP. / The continuing demand to synthesize new and original collections of small molecules for the biological screening is an attractive subject for organic chemists and requires upstream the development of fast and easy synthetic methods. In this context, we decided to focus particularly on the functionalization of enamides which represent valuable building blocks in order to introduce nitrogen based functionality into various organic systems. Our objective was to synthesize new nitrogen containing compound libraries starting from common substrates by applying Diversity-Oriented Synthesis strategy and following these rules: atom economy, catalyzed reactions, fast synthesis in few steps and control of stereoselectivity. Firstly we mainly synthesized enamides. Thereafter, we developped efficient methodologies giving access to motifs frequently found in “privileged structures” or key scaffolds present in natural products or potential bioactive compounds thanks to various processes like aza-Michael, oxyamidation or cascade reactions, palladium chemistry with CH activation, dioxoazoborocanes or chiral auxiliary SAMP.

Au niveau des marges continentales, et plus particulièrement dans des zones dites d'émissions de fluides froids, des communautés microbiennes et animales complexes se développent localement à la surface des sédiments. Ces communautés utilisent pour leur croissance des composés chimiques réduits (H2S, Méthane, CO2 ...), contenus dans un fluide à basse température, percolant à travers les sédiments et issus de phénomènes géologiques et de divers processus microbiens. Afin d'étudier la diversité des communautés microbiennes associées à ces écosystèmes ainsi que leur rôle dans l'environnement, et d'appréhender les paramètres environnementaux influençant la distribution et l'écophysiologie de ces communautés, des sédiments de surface (0-20 cm) mais également plus profonds (<9 mbsf) ont été prélevés au niveau de la Marge de Sonora. Les communautés microbiennes présentes ont été étudiées par diverses approches de biologie moléculaire, de mise en culture et de microscopie. Ce travail de recherche a permis : i) de déterminer la structure et la diversité des communautés microbiennes métaboliquement actives dans ces sédiments, ii) de mettre en évidence des écophysiologies différentes entre les acteurs du cycle du méthane (méthanogènes, ANMEs, SRB), prépondérant dans cet écosystème et iii) de découvrir la présence de nouvelles lignées et fonctions microbiennes dans les sédiments de zones d'émission de fluides froids des marges continentales. / At continental margins, and more particularly in cold seep areas, microbial and animal communities were locally detected at the surface of the sediments. These communities grow using reduced chemical compounds (H2S, Methane, COZ ...) contained in the percolated cold fluids and produced by both geological and microbial processes. ln order to study microbial community diversity in these ecosystems and their role in the environment as well as to understand the environmental factors influencing the distribution and ecophysiology of these communities, surface (0-20 cmbsf) but also deeper (<9 mbsf) sediments were collected at the Sonora Margin. Microbial communities have been studied using various molecular, cultural and microscopy approaches. This research allowed: i) to determine the structure and diversity of metabolically active microbial communities in sediments, ii) to highlight different ecophysiologies for methane cycling microorganisms (methanogens, ANME, SRB) and iii) to discover the presence of new microbial lineages and functions in the cold seeps sediments of the continental margins.